海洋酸化不断扩大，全球变冷还会远吗？

                              杨学祥，杨冬红

                               （吉林大学）

    碳循环路线图

   大气中二氧化碳浓度增大 — 全球变暖 --- 海洋变暖释放更多二氧化碳加快变暖 -- 大量海水变为水蒸气 – 雨水与大气中二氧化碳结合成酸雨 – 酸雨中碳酸与大陆中硅酸盐化合形成碳酸盐 – 海洋接收大气中的二氧化碳和酸雨导致海洋酸化 -- 大气中二氧化碳浓度减少 — 全球变冷形成冰期 – 海洋变冷吸收更多二氧化碳加剧变冷 – 地表植被减少光合作用减弱 — 火山活动增强 -- 大气中二氧化碳浓度积累增多 — 进入下一个循环。

碳的地球化学循环

　 碳的地球化学循环控制了碳在地表或近地表的沉积物和大气、生物圈及海洋之间的迁移，而且是对大气二氧化碳和海洋二氧化碳的最主要的控制。

雨水将把大气中丰富的二氧化碳变成弱碳酸带到地面，并和裸露的硅酸盐岩石反应，使岩石表面变成碳酸盐，碳酸盐的岩石很容易风化碎裂，碎片会被冲刷入海洋并沉积下来形成厚厚的碳酸盐岩石地层，而这样的岩层不难被发现。

　　沉积物含有两种形式的碳：干酪根和碳酸盐。在风化过程中，干酪根与氧反应产生二氧化碳，而碳酸盐的风化作用却很复杂。含在白云石和方解石矿物中的碳酸镁和碳酸钙受到地下水的侵蚀，产生出可溶解于水的钙离子、镁离子和重碳酸根离子。它们由地下水最终带入海洋。

　　在海洋中，浮游生物和珊瑚之类的海生生物摄取钙离子和重碳酸根离子来构成碳酸钙的骨骼和贝壳。这些生物死了之后，碳酸钙就沉积在海底而最终被埋藏起来。

二氧化碳可由大气进入海水，也可由海水进入大气。这种交换发生在气和水的界面处，由于风和波浪的作用而加强。这两个方向流动的二氧化碳量大致相等，伴随着大气中二氧化碳量的增多或减少，海洋吸收的二氧化碳量也随之增多或减少。

因此，酸雨和海洋酸化是大自然降低大气二氧化碳浓度的产物。它的最大贡献在于，把二氧化碳从大气中分离出来，储存在岩石圈和海洋圈中，全球气温也相应地由暖变冷。

海洋酸化不断扩大，全球变冷还会远吗？

相关报道

科学家研究发现：北极成海洋酸化“重灾区”

作者：陆琦 来源：科学网

发布时间：2018/8/16 9:48:15

    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。

    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。

    酸化最严重的北冰洋

    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。

    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%。

   “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。

    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。

    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。

    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。

http://news.sciencenet.cn/htmlnews/2018/8/416638.shtm