酸化:全球海洋告急

時間：2010-05-07 來源：《環球科學》雜志 作者：

珊瑚礁孕育了非同尋常的生物多樣性，但是它們都遭受多種力量的圍困，包括暴露于有毒化學物質和承受直接物理破壞。更嚴峻的威脅是，化石燃料燃燒導致海洋化學性質發生變化，但這種危險卻鮮為人知。如今，生產過程中所釋放的二氧化碳，其1/3都進入了海洋，降低了自然狀態下呈堿性的pH值。這種向更具酸性的環境的轉變，似乎降低了珊瑚礁（以及許多其他海洋生物）生長發育的能力。

撰文 斯科特.C.多尼（Scott C. Doney）

1956年，美國加利福尼亞州斯克里普斯海洋研究所的地 球化學家羅杰·雷維爾(Roger Revelle)和漢斯·修斯(Hans Suess)指出，必須測定空氣和海洋中的二氧化碳含量，以便“更清楚認識到預知的大量工業生產的二氧化碳可能對未來 50年氣候產生的影響。”換句話說，他們想指出如今的形勢多么可怕。那個時候，他們不得不為這種觀測的重要意義而 辯護，在今天看來多么令人驚訝，但在當時，科學家們還不能肯定人類排放的二氧化碳是否真正會在大氣中累積起來。 一些科學家認為，二氧化碳將被海洋無害地吸收，或被陸地上生長的植物恰當地吸收。

雷維爾和他為開展該項目而雇傭的年青研究人員、已 故的查爾斯·戴維·基林(Charles David Keeling)，意識到他 們必須在偏遠地點安裝儀器，這些地點遠離二氧化碳來源地和沉積地，這樣的安排，會引起測定的結果不規律地變化。他們選擇的一個地點，幾乎遠離任何人能夠到達的工業活動地與植物生長地：南極；另一個地點則位于美國夏 威夷州莫納羅亞山頂上新建的氣象站。

莫納羅亞山的監測活動，從1958年一直持續到現在(其 間只有一次短暫的中斷)。夏威夷沒有南極洲那么遙遠，它見證了二氧化碳水平急劇升降的情況，二氧化碳水平升降與北半球植物生長季節同步；但是在每年末，這種溫室氣體的濃度總是高于它12個月前的水平。因此，沒過多久，科學界就認識到雷維爾是正確的——二氧化碳進入大氣， 必定有許多留在那里。雷維爾的預測還正確地表明，很大部分二氧化碳最終會進入海洋，而且雷維爾很久以前就明 白，進入海洋的二氧化碳會徹底改變海水的化學性質。與氣候變化的某些方面不同，這種效應的真實性——本質上 是海洋酸化(acidification)，這一點并不存在多少爭議，盡管現在科學家還在繼續揭示海洋酸化的全面影響。

人類影響有多嚴重？

自工業革命開始以來，海洋已經足足吸收了排放到大氣中的化石燃料碳的一半

基林進行了半個世紀的記錄，這極有價值，但是連貫 起來看，這段時間對評價現狀來說，還是太短了。然而，通過測定陷入冰芯中的空氣泡，科學家們已經能夠獲得更 長時間范圍的信息。根據這種自然檔案，科學家們了解到，幾千年來，大氣二氧化碳濃度幾乎恒定不變，然后隨 著19世紀工業化開始而飚升起來。目前，二氧化碳比幾百年前多了30%，而且，到本世紀末，還可能比以前的水平 提高一倍或兩倍。

二氧化碳急劇增加，主要來源是燃燒化石燃料(fossilfuel)——煤炭、石油和天然氣(水泥生產和熱帶雨林燃燒也增加了一些二氧化碳，但是為了簡單明了，我們把這部分二氧化碳忽略不計)。與活體生物的成分不同，化石燃料幾 乎不含或根本不含放射性形式的碳——碳同位素碳14，碳14的原子核有8個中子，而不是通常的6個中子。化石燃料 中，兩種穩定碳同位素(碳12和碳13)的比例也是獨一無二的。因此，化石燃料燃燒在大氣中留下了與眾不同的同位 素標記，這樣，就沒有人能夠懷疑二氧化碳增加量從何而 來了。

吸收率可能發生變化，化石燃料產生二氧化碳，現 在，其中40%留在大氣中；其余被陸地植被吸收或被海洋吸收，目前兩者所占比例大體相同。海洋是巨大的自然碳 庫，因而到目前為止，進入海洋的化石燃料二氧化碳增量還相對較小。因此，檢測和量化二氧化碳吸收情況，要求 特別精確的測量，至少達到千分之一的精度。此外，各個地區的二氧化碳數量相去甚遠，要完成這項任務，就必須 投入資源，長期不懈地繪制全世界碳濃度圖。在20世紀80年代后期和20世紀90年代，海洋學家嚴格開展了這方面的 工作，作為二氧化碳全球評價的組成部分，而全球評價則由JGOFS(全球海洋通量聯合研究計劃)和WOCE(世界海洋環 流實驗)這兩個項目承擔。

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