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科技大视野 | 海洋酸化,谁输谁赢?
人类释放二氧化碳排放到大气中,提高了海洋中二氧化碳的溶解度,同时降低了海水中碳酸盐的饱和度和海水的pH值。海 洋的酸化广泛地影响着海洋生物的进化过程,然而有研究表明,海洋的酸化似乎更加有利于那些令人厌恶物种的生存,例如某些 有害藻类在酸化的海洋环境中生长得更加旺盛;入侵性软体动物 (如牡蛎)、具有破坏性的棘皮动物(例如棘冠海星)可能会大 行其道,因为它们更加适合酸性环境。再比如一种侵入性海蟹, 在二氧化碳增加的条件下生长更强劲,可能会增加它们对其他海 洋生物的影响。相反,一种存在于巴伦支海的红色帝王海蟹,酸化的环境可能不利于其生存,预计将会大面积死亡。
2013年,据美国夏威夷莫纳罗亚长期监测站观测,大气中二氧化碳含量达到400ppm,比过去80万年的任何时候都要高,远远高于18世纪工业革命前280ppm的二氧化碳含量。大气中二氧化碳浓度的上升,会直接导致海洋酸化,因为人类排放的二氧化碳中的30%被地表水所吸引,最终会流入大海,会降低海水的 pH值,使海水对碳酸化合物具有更高的腐蚀性。


一个正在进行的研究表明,海洋酸化将严重破坏海洋生态系统,因为它改变了有机物之间的竞争平衡。海洋酸化会广泛影响 海洋生物的各种过程,包括光合作用、酸碱平衡和钙化过程等。


水中溶解的二氧化碳是植物进行光合作用重要的原料,因此 海洋中二氧化碳的增加,可能会使一些海洋植物受益,例如硅藻、褐藻和海带等。碳酸盐饱和度的下降可能会给珊瑚礁栖息地带来负面影响。

藻 类

藻类可以从海洋酸化中受益,因为海水中二氧化碳的增加可以促进藻类的新陈代谢。一些藻类是食物链上的主要生产者,能够更好地利用水中二氧化碳合成有机物,这一点有可能会改变海洋的生物结构。入侵性藻类在酸性条件下具有更加有利的生存优势,因为他们往往不需要钙化,具有较强的耐热和耐盐性。实验研究表明,一种侵入性温水藻类,在二氧化碳含量增加的情况,其耐寒性也会提高,能够确保这种水藻在更加宽广的温差范围内生长,所以,预计这种海藻将会扩展到更高的纬度地区,而一些高纬度地区当地藻类可能会死于较高的水温。这种由于二氧化碳驱动的入侵性藻类扩展和 蔓延,也可能会造成一些食草性鱼类生活范围的相应扩展,促成温水入侵性鱼类的繁盛。


水 母

水母是海洋中呈凝胶状的浮游生物,包括钵水母类、巨型水母和栉水母。许多科学家 相信,水母的数量会增加,因 为海洋生态环境正在退化,例 如由于水体富营养化和渔业的 过度捕捞,会造成海洋环境退 化,但却促进了水母的繁盛。 被水母蜇伤是令人痛苦的,甚 至会致人于死命,因此,水母 的存在会影响海滨旅游业和水产养殖业。例如,入侵性栉水 母在黑海和里海的泛滥,造成 那里远洋渔业的崩溃,并抑制了一些鱼类赖以生存浮游生物的生长。尽管海葵和软珊瑚被认为是能够适应海洋酸化环境,但到目前为止,人类关于水母在酸化海洋中的变化研究不多,但科学家深信,水母将对人类经济产生深远影响。


软 体 动 物
实验研究表明,钙化的软体动物是海洋酸化的受害者, 酸化的海洋环境影响这些动物的钙化和成长过程。地中海的实地观察表明,软体动物的外壳厚度在酸性环境下明显变薄,软体动物的新陈代谢速度也变慢。2006年,太平洋东北部的牡蛎养殖业疲于应付上涌海水二氧化碳含量的增加,现在他们还要确保牡蛎孵化场在酸化环境下的正常孵化。

甲 壳 类 动 物
实验室试验表明,虽然甲壳类动物可能是最适应海洋酸 化环境的物种之一,但其中至少30%的物种仍然不适应酸化的海洋环境。这也解释了甲壳 类动物在海洋酸化条件下多样性减少的原因。某些甲壳类动 物适应未来海洋酸化的原因, 可能是它们具有较强的酸性调节功能。


一种原产于大西洋的藤壶甲 壳动物,目前这种

甲壳动物已经 蔓延到世界各地的海洋中,与当地原生物种竞相消耗海洋资源,可能会改变着所到之处的海洋生态环境,往往会造成大型海藻的过度繁殖,入侵性甲壳类动物改变了当地的捕食关系,打破了当地的生态平衡。


棘 皮 动 物

棘皮动物海胆似乎特别容易受到海洋酸化的影响,最近在塔斯马尼亚泛滥着一种海胆,这是一种以藻类为食的多产性动物,但是,这种海胆的繁盛,却影响了当地特别有经济价值物种鲍鱼的生长。因为海水温度的上升极大地促进了这种海胆的早期生长,海胆从海温变化方面得到的益处,远远大于其所处酸化环境的危害。因此,塔斯马尼亚海胆所带来的生态改变有可能仍将持 续。但是,塔斯马尼亚的一种 海星可能不能适应未来酸化的海洋环境,有可能从这个岛屿附近海域消失。


海 鞘

入侵性海鞘对世界范围内的海洋原生物种都有影响,这种通过船舶、码头和海滨养殖业,海鞘已经扩散到世界各地的海洋中,可能会使所到之处的底层海洋生态受到窒息,目前有关于海洋酸化对海鞘的影响研究不多。有一种玻璃海鞘,其幼虫似乎更加适合在酸性条件下发育,在未来海洋酸性条件下,可能会造成这种海鞘的过度繁盛。



海洋鱼类具有较高的代谢速率,具有较强的耐酸性,鱼类的早期生命阶段往往能够抵御二氧化碳浓度升高的影响,成鱼在酸化海洋环境下也能生存良好。然而,酸化的海洋环境对鱼类的行为和感官有许多明显的影响,尤其对几种鱼类的神经系统影响特别突出。有研究表明,鱼类早期的幼体在酸化的海洋环境中不能区分捕食者和非捕食者,这种反应变化将会影响某些鱼类的存活率。


一种原产于印度洋和太平洋之间的一种狮子鱼,已经侵入到北美的大西洋沿岸海域,已经改变了加勒比海域海洋生态系统的食物链结构和捕食关系。有研究者认为,这种侵入性的狮子鱼已经改变了海洋底栖生物结构,例如减少了一些草食性鱼类种群的数量,栖息环境由基于珊瑚的生态环境转变为基于海藻的生态环境。海洋生物在酸化的环境中有赢家,也有输家,正如以前高二氧化碳造成某些物种大量灭绝一样,人们也越来越认识到,海洋酸化会造成生态栖息地和物种间相互关系的变化,进而推动整个生态系统的变化。

(撰文:方舟,责编:金希)


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更正:12月5日头条图文中《老人与海》动画情节提要第三行“两人相约出海”更正为“老人独自一人出海”;“两人”更正为“老人”。