据英国广播公司7日消息:挪威科学家发表研究报告称,温室气体排放使得北冰洋迅速酸化,影响到诸多海洋生物,包括商业价值很高的鱼类。

欧洲科考船“希望”号结束北冰洋考察 海洋酸化令人忧

近日,北极圈现32度罕见高温,引发公众对北极熊生存现状的担忧。殊不知,北极生态系统面临的潜在威胁远不止于此。科学家研究发现,全球气候变化所诱发的北极快速变化将放大北冰洋海洋酸化。

监测发现冰岛和巴伦支海从1960年代以来,每10年海水酸硷值下降0.02,即酸性增大。二氧化碳气体排放造成地球温度升高,而硷性的海洋从空气中吸收了二氧化碳之后水体酸性会增大。水温低的海域吸收二氧化碳的速度尤其快,所以北冰洋尤其容易受影响。

在完成近3个月的北冰洋考察后,运载着35位欧洲科研人员的“希望”号科考船7月22日抵达德国北部基尔港。研究人员通过此次考察发现,北冰洋酸化状况令人担忧。

自然资源部第三海洋研究所研究员陈立奇团队通过对历次中国北极科考航次数据的集成与精细分析,发现北极酸化水体以每年1.5%速度快速扩张,并预估酸化水体将在本世纪中叶覆盖整个北冰洋。

近年来,河流和融化的冰雪淡水流入增多也加剧了北冰洋抗水体酸化能力减弱的问题,因为淡水中和二氧化碳酸化海水的化学功能较差。从陆地流入的有机碳增多,也使问题更加严重。科学家估计全球表层海水的酸性平均比工业革命前高了30%。

科研人员表示,2000万年来海洋一直处于碳酸钙饱和状态,但现在正面临转变。他们试图研究海洋食物链的某一环节是否会断裂,因为海水酸化导致珊瑚、贝类以及浮游生物的钙质骨骼受到威胁,而这些生物是海洋食物链的基础。

酸化最严重的北冰洋

挪威国际气候与环境研究中心的科研人员负责监测该地区的大范围海洋化学变化。他们认为,即使现在不再有二氧化碳气体排放,也需要数万年才能使北冰洋的化学结构回复到前工业化时代的程度。他们预计北冰洋的海洋生态系统将发生重大变化,但具体将出现什么样的变化目前还有很大的不确定性。

考察队的科研人员来自欧洲11个研究所。他们在考察中将9个17米长、每个能容纳约50立方米海水的大型试管状受控实验装置投放到挪威斯匹次卑尔根群岛附近海域,并在其中加入不同浓度的二氧化碳,以模拟在目前温室气体排放条件下数十年后的海洋酸化情况。

海洋酸化和全球变暖祸出同因,都源于二氧化碳过量排放。大气中的二氧化碳溶于海水后形成碳酸,引起海水pH值和碳酸钙饱和度下降,
这一过程称为海洋酸化。

海水能大量吸收二氧化碳,北冰洋的冰冷海水吸收二氧化碳的能力更强,因此大气中二氧化碳浓度不断升高使北冰洋海水酸化得更严重,海水的碳酸盐饱和度降低。有研究显示,自工业革命以来,海洋因吸收二氧化碳,其表面的酸性增长了30%。

全球海洋酸化正以前所未有的速度在快速增长。据英国卡迪夫大学7月23日发布的最新研究结果,海洋酸化达到1400万年未见的水平。目前全球表层海水的平均pH值为8.1,预计到2100年将下降到7.8,即意味着酸度将增加75%。

据参加此次考察的研究人员估计,按目前趋势发展,在2050年前,北冰洋可能有超过一半海域的海水将全年处于碳酸盐欠饱和状态,从而威胁甲壳类、珊瑚藻和浮游生物的生存,并有可能破坏北冰洋生物的食物链。

这给海洋生物的生存带来极大挑战。陈立奇告诉记者,海洋酸化所引起的碳酸钙溶解,直接影响如贝类、甲壳类和棘皮动物等钙质生物,进而破坏整个食物链。在pH值较低的海水中,为了保护自己,这些钙化生物会长得越来越小、外壳越来越厚,它们作为饵料价值也会下降,这会对食用贝类养殖产业造成很大的打击。

研究人员说,此次科考旨在系统研究海水酸化对北冰洋生态系统的影响。科研人员将把考察中得到的标本各自带回研究,并于今年12月在德国基尔汇总研究成果。2011年4月,欧洲地球科学联合会等学术组织将在奥地利维也纳讨论与此次科考成果有关的课题。

北极是全球对气候变化最敏感的地区,也是海洋酸化最严重的地区。北冰洋是我们观测到的第一个如此迅速且大范围、长时间酸化加重的大洋,比在太平洋或者大西洋观测到的结果要快4倍以上。陈立奇说。

巨型“试管”将被投放到北冰洋以研究海水酸化

北极的生态系统结构非常简单,但越简单的生态系统却越脆弱。北冰洋酸化的持续加剧,将对整个北极生态系统造成不可逆转的损害。瑞典哥德堡大学的山姆杜邦评价说:海洋酸化是北极这个已经相当脆弱的系统遭受的一个额外压力源。

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酸化海水大肆入侵

想知道未来什么样,看北极就知道了。自然资源部第三海洋研究所助理研究员祁第接受《中国科学报》采访时表示,人类活动对全球变化的影响已经接近并超过自然变化的强度和速率,北极首先感应并放大了这种影响。

北极地区过去20年来的升温幅度是全球平均升温的2倍多。北极快速升温导致了北冰洋海冰大量融化,每年夏季开阔水域达1000多万平方公里,大量二氧化碳通过大气进入北冰洋,导致其上层水体的酸度升高。

与此同时,祁第表示,全球气候变化和北极变暖引起了北冰洋环流和大气模态异常,北冰洋海冰覆盖面积快速后退诱发太平洋冬季水携带腐蚀性的酸化海水大范围入侵,这是导致北冰洋酸化海水快速扩张的最主要原因。

可以说,北冰洋的快速酸化是来自全球气候变化的驱动。人类排放大量的二氧化碳,一方面被海洋吸收直接导致海洋酸化,另一方面导致全球变暖,北冰洋海冰快速融化,进而驱动大气-海洋环流异常,使酸化海水辐聚扩张。

那么,被认为是全球海洋酸化领头羊的北冰洋酸化水体是否会进一步扩张?

陈立奇领导团队基于过去20年来所有横穿北冰洋的航次数据的精细分析,发现酸化水体不仅在深度上而且在向北至北冰洋中心海区不断扩张,酸化水体在垂向上所占的比例增长了6倍,平均每年增加1.5%。依据这个速率,预测酸化水体大约2055年将覆盖整个西北冰洋。

国际合作应对挑战

就目前的研究而言,海洋酸化的后果仍难以预料。正如卡迪夫大学教授凯莉李尔说的:要了解酸化对海洋生态系统意味着什么,需要长期的实验室和实地研究。

欧盟、美国、加拿大、日本和韩国等的科学家都对北冰洋海洋酸化的研究给予了高度关注,并对陆架海域和南部海盆海水的酸化状况、海冰融化、生物过程、太平洋冬季水入侵影响等进行了研究。

祁第告诉记者,近年来,我国科学家也在Science、Nature Climate
Change等国际期刊上发表了北冰洋海洋酸化研究的系列成果。

据了解,从1999年开始中国首次北极科考以来,我国始终坚持北极快速环境变化、气候变化、碳循环的观测研究,20年来获取了大量与气候变化、碳循环和海洋酸化相关的第一手高精度数据。

我国从2008年第三次北极科考时就与美国、欧盟签署了关于共同研究海洋酸化的合作文件,此后的历次北极科考,相关国家的研究人员都对这一问题进行了持续的合作。值得一提的是,中美两国海洋酸化的研究合作还被写入了2016年第八次中美战略与经济对话的成果文件。

北冰洋作为全球大洋研究最为匮乏的区域之一,在国际范围内协调北冰洋研究是非常必要的。我们提出了以北冰洋和北太平洋酸化为重点海区的观测网计划(nPAOA-ON),
希望以深入全面的科学研究服务于未来的区域管理和生态系统安全保障。陈立奇说。