海洋生物将失去他们的外壳和骨骼

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  珊瑚,表面上看是植物,其实是动物,与海葵有着亲缘关系。它们过滤、采食水中的浮游生物,分泌碳酸钙骨架,随着时间的推移,这些碳酸钙骨架就累积形成了珊瑚礁——海洋中生物多样性最丰富的生态系统。世界上最大的生物构造——澳大利亚东海岸外的大堡礁,就是珊瑚一代代累积的结果。在许多热带温暖海域,生长着色彩绚丽的浅水珊瑚(它们的色彩之所以如此绚丽,主要原因在于生活在珊瑚虫细胞内部的共生藻的作用),而在海洋更深处,则生长着众多不太为人所知的冷水珊瑚。在欧亚大陆的西侧,从挪威向南直到非洲沿岸的漫长的海岸下面,就隐藏着一条长达4500千米的冷水珊瑚带,其长度大约为澳大利亚大堡礁的2.5倍。在幽暗的海水下,丛丛密密生长的珊瑚令人叹为观止,它们同样是众多海洋鱼类生活的家园,其生物多样性堪与热带珊瑚媲美。曾经有科学家仅在一株冷水珊瑚上就发现了130多种海洋生物。由于冷水珊瑚普遍生长在洋面以下100~1000米的漆黑冰冷的深海海域,连科学家也仅仅在十多年前才证实了它们的真实存在。对它们的情况更是知之甚少。
  那么,海洋酸化会对珊瑚产生什么样的影响呢?根据化学基础知识可知,二氧化碳溶解于水,与水结合生成碳酸,碳酸的一部分以原来的形式保留在水中,而大量的则分离成酸性的氢离子和碳酸氢根离子,化学家通常用人们熟悉的pH值来量化氢离子:pH值下降1个单位,相当于氢离子浓度提高到原来的10倍,水的酸性更强;pH值上升一个单位,相当于氢离子浓度下降为原来的1/10,水的碱性更强中性pH值(纯水的pH值)为7。原始海水的pH值为8~8.3,这意味着在自然状态下,海水略带碱性。
  海洋中有两种富含钙的岩石:文石和方解石,海洋中的碳酸钙就是由这两种岩石溶解而来的。海洋中的动物性浮游生物(翼足类)和珊瑚通常利用文石的碳酸钙构成身体的支撑结构,非常坚硬;而植物性浮游生物(圆石藻类)及有孔虫的身体支撑结构则是利用方解石的碳酸钙构成的。由于文石的溶解性比方解石更好,因此翼足类和珊瑚可能会更早受到海洋酸化的影响。以珊瑚为例,当海洋酸化时,碳酸根离子减少,形成珊瑚骨骼的材料减少,珊瑚生长减慢;当海水中碳酸钙浓度低于饱和点后,珊瑚已形成的骨骼就会溶解以补偿碳酸钙的不足。
  原来有研究认为,海水变暖可以促使热带珊瑚生长更快,从而抵消酸化造成的生长缓慢,但是深入的研究证明这种观点并不正确,因为珊瑚对温度变化非常敏感,即使海水温度变化很小——哪怕只高于多年平均温度1℃,珊瑚都会被迫在相当短的时间内采取“驱逐行动”——将体内为自己提供食物的共生藻类赶走。这些共生藻类色彩鲜艳,它们的缺失就意味着珊瑚会在很短的时间内变白,并且繁殖和钙质骨骼的制造都将受阻,甚至出现死亡,这就是所谓的“珊瑚漂白事件”。现在热带珊瑚的漂白事件已经非常严重了。
  过去人们以为,至少在本世纪,由海洋酸化导致的珊瑚溶解现象不会发生,但是,最新研究证明,在海水变暖和碳酸盐浓度降低的双重打击下,也许仅仅几十年后,到本世纪中期,珊瑚就将变得十分珍稀;如果酸化问题还得不到遏制,到本世纪末,珊瑚就有可能从人类的视野中消失。
  对于冷水珊瑚来说,由于它们大多生长在北太平洋和北大西洋的海洋深层,那里的碳酸钙处在未饱和状态,因此,海洋酸化给它们带来危机的时间将比热带珊瑚更早。
  除了珊瑚,浮游动物也会受到影响。我们知道,浮游动物的外壳主要是由碳酸钙组成的,当碳酸钙因为海洋酸化减少后,浮游动物外壳的生长就会受到影响,严重时甚至会出现本文开头女生物学家维柯多亚所看到的情形一一外壳出现可怕的溶解。这是一个非常严重的问题,因为浮游动物在海洋生态链中占据着举足轻重的地位,许多海洋鱼类如鳕鱼、鲑鱼和鲸都以它们为食,因此,以浮游动物和珊瑚为食物或栖息地的各种海洋鱼类都会受到海洋酸化的影响。
  现在,科学家最希望了解的是:海洋生物能在多大程度上适应海洋酸化。一项最新研究表明,一些珊瑚已经开始调整生存策略——用方解石代替文石构建自身骨骼。但是,研究人员发现,珊瑚被迫采取的这种放弃策略是为了应对海水中镁浓度的下降,并不是针对高浓度的二氧化碳。此外,用方解石构建骨骼的珊瑚,其生长速度非常缓慢。
  2006年,春季水华爆发期间,著名海洋生物学家罗伊伯森进行的一项试验显示:在将二氧化碳的浓度分别设置为现在的1倍、2倍、3倍进行试验时,一种单细胞海藻在5周内出现了无法生成精细外壳的情况。这种单细胞海藻是海洋最初级的生产者,通常这种细小的生物体只需要很少一点能量就能形成外壳。由此可知,海洋酸化对海洋生物的影响不可小视。那么,面对这种境况,人类又有什么对策呢?
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