【海洋之谜】变酸的海洋：每小时吸收百万吨二氧化碳

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人类向空气中排放的二氧化碳正逐渐渗入海洋，导致其酸化。百年之后，牡蛎、贻贝和珊瑚礁是否还能存活？
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. x6 m% _$ F" h7 \( q" P: f+ m  意大利那不勒斯海岸线外的火山岛阿拉贡堡附近，处于健康状态的海底应如此景：棉被似的红色海绵、白色藤壶、淡紫色珊瑚藻、海胆，还有一条伪装到位的鱼（照片中央），是条浅红副鳚。
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  距离上页图景象几百米的地方，二氧化碳从海底火山口冒出，导致海水酸化。有朝一日，全世界海洋可能都将达到这里的酸化程度。色彩艳丽的各种生物被一片黯然的海藻取代。“警钟已敲响。”生物学家贾森· 霍尔-斯潘塞说。
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! ?( B0 V/ }" {  撰文：伊丽莎白 · 科尔伯特 ELIZABETH KOLBERT
  戴维 · 利施瓦格尔 DAVID LIITTSCHWAGER
  翻译：陈昊
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  {. q/ a- J% Q* x/ r  ^3 g  阿拉贡堡是一座小岛，如宝塔般赫然耸立于第勒尼安海中。岛屿位于意大利那不勒斯以西27公里处，可从另一座稍大的岛屿——伊斯基亚经由狭长的石桥到达。游人来到阿拉贡堡，为的是一睹古代的生活场景。他们徒手或乘电梯爬上宏伟的城堡，观赏其中陈列的中世纪刑具。与他们相反，造访此岛的科学家们为的却是展望未来景象。
; Q3 k4 D6 \6 ?5 J9 h  阿拉贡堡周边海域地质情况特殊，透过这扇窗户，人们可以窥见2050年以后地球各大洋的情景。二氧化碳气泡从海底火山口升起，溶解后形成碳酸。碳酸的酸性相对较弱，人们常喝的碳酸饮料中便含有这种成分。但如果碳酸含量太大，则会使海水具有腐蚀性。“如果二氧化碳水平极高，几乎没有哪种生物受得了。”英国普利茅斯大学海洋生物学家贾森· 霍尔-斯潘塞说。阿拉贡堡为这一违反自然规律的现象提供了一个天然参照：随着汽车排气管和烟囱排出的二氧化碳越来越多地被海洋吸收，阿拉贡堡周边海域中发生的酸化现象，正加速在世界各大洋展开。
  霍尔-斯潘塞在该岛周边海域从事研究已经八年，他对海水属性进行仔细测量，并跟踪记录鱼类、珊瑚及各种软体动物的情况，这些生物在这里生活，有些也在这里分解。一个寒冷的冬日，我与霍尔-斯潘塞，以及来自意大利安东· 多恩动物研究所的科学家玛利亚· 克里斯蒂娜· 布亚一起下海，以便近距离观察海水酸化带来的影响。我们把船停在距阿拉贡堡南岸大约45米的地方，一簇簇藤壶在岛屿惊涛拍岸的悬崖底部形成白色的长条。“藤壶生命力顽强。” 霍尔-斯潘塞评论道。然而，在酸度最大的水域里，就连藤壶都踪迹难寻。
) q: |- K' ~3 o2 x  我们三人都潜入水中。布亚带着把小刀，她从一块岩石上撬下几只帽贝，这些倒霉蛋在觅食的过程中不慎进入腐蚀性过强的水域，它们的外壳极薄，几乎透明。二氧化碳气泡如水银珠般从海底升腾。我们继续往前游，一片片海草在我们身下摇曳。水草呈鲜绿色，因为通常覆盖在草叶上使其颜色变暗的微生物已消失不见。远离火山口的地方常见的海胆在这里也不见踪迹，因为它们连轻度酸化的海水都难以忍受。一群群几近透明的水母从我们身旁漂过。“小心，”霍尔-斯潘塞发出警告，“水母扎人。”
  除了水母、海草和藻类，阿拉贡堡周边火山口分布最密集的区域内，就几乎没有什么别的生物了。即便是在几百米以外，许多本地物种也无法存活，那里的海水酸度相当于全球各大洋将于2100年达到的水平。“通常来说，受污染的海港里只有少数几个类似杂草的物种能够应对急剧变迁的环境，”我们回到船上后，霍尔-斯潘塞说，“与二氧化碳剧增时的情况一样。”
6 _' }; J  {: S/ G) M3 W  工业革命开始至今，矿物燃料(煤、石油、天然气)燃烧和森林砍伐已经导致超过5000亿吨的二氧化碳排放量。众所周知，如今大气中的二氧化碳含量是80万年甚至更长时间以来的最高水平。
6 \/ _/ ~  G1 T# t  f  而不为众人所知的是，二氧化碳排放也在对海洋造成改变。空气与水频繁进行气体交换，因此，排入大气的任何物质，都会有一部分最终进入海洋。在风力作用下，这些物质迅速溶入深度大约几百米的水域内，之后经过数百年的时间，洋流再将其运送到大海深处。20世纪90年代，由各国科学家组成的国际研究小组执行了一项规模庞大的任务，其中包括从世界各地区不同深度的水域中收集7.7万多份海水样本，并对这些样本进行分析。这项工作花费了15年的时间，其结果向人们展示出，过去二百年里，人类排放的二氧化碳中有30%被海洋吸收。如今，海水仍在以每小时百万吨左右的速度吸收二氧化碳。
  对于生活在陆地上的居民来说，这一过程有其益处：海洋从大气中吸走1吨二氧化碳，造成全球气候变暖的祸源也就少了1吨。但对海底生灵来说，就是另一番情形了。美国国家海洋和大气管理局负责人、海洋生态学家简· 卢布琴科把海洋酸化称作与气候变暖破坏力相当的“同级别杀手”。
  根据氢离子浓度测量酸性得出的pH值范围为0~14。pH值低的是强酸，比如盐酸，可充分释放氢离子(比碳酸要更加充分)；而pH值高的则是强碱，比如碱液。纯净蒸馏水的pH值是7，属于中性。海水应该呈弱碱性，海面附近pH值为8.2左右。目前，二氧化碳排放导致这一水域的pH值降低了0.1，由于pH值与里氏震级一样按对数计算，所以即便是数值上的细微改变，也会引起巨大变化。pH值下降0.1，意味着酸度提高了30%。如果保持现在的势头，2100年海面pH值将下降至7.8左右。到那时，海水的酸度将比1800年高出150%。
- g) l1 M. I3 I  @  迄今为止发生的酸化现象可以说是不可逆转的。尽管从理论上来说，可通过往海水中添加化学药剂来抵消过剩二氧化碳的作用，但在实际操作中，所需要的药剂量却大得惊人：例如，要想抵消1吨二氧化碳，至少需要2吨石灰，而当今世界每年排放的二氧化碳就有300多亿吨。
, w. {, O$ s. p- q, B" k% M  同时，能够抑制酸化的自然进程(比如陆地上岩石的侵蚀)发生速度又太慢，在短暂的人类历史上发挥不了什么作用。即便可以从今天起停止二氧化碳排放，要想让海洋恢复至工业革命之前的化学状态，也需要数万年时间。
  海水酸化可导致无数后果。酸化的海水利于某些海洋微生物生长，却导致另外一部分微生物衰亡，因此可能会改变海水中铁和氮等关键营养元素的含量。基于类似的原因，能够穿过海面的阳光也可能会增加。通过改变海水的基本化学成分，酸化作用还将把水体吸收和消灭低频声波的功能降低40%，导致海洋某些区域噪音变大。另外，海水酸化还会干扰某些物种的繁殖，阻碍另外一些物种利用碳酸钙形成外壳和坚硬外骨骼的过程。科学界对最后这两种作用的记录最为详实，至于历史能否证明它们是影响力最大的作用，仍然属于未知。
. F  a$ Q/ {1 _4 H  }  2008年，150多名顶尖研究员联合发表了一份声明，称他们“对近期海洋化学状态的急剧变化深感忧心”，这些变化可能在几十年内“对海洋生物群落、食物链、生物多样性及渔业造成严重影响”。海洋暖水区中的珊瑚礁处境最危险，但由于二氧化碳在冷水中更易溶解，因此实际上海水酸化的影响力可能最早体现在两极地区。科学家已经观测到南北两极的翼足类动物(小型海螺，是鱼类、鲸类和鸟类的重要食物)出现了明显变化：实验表明，翼足类动物的外壳在酸化海水中生长速度大幅减缓。
* f4 d* Y6 k, k2 x& k, K4 S) A' |, E" t  各种生物能够适应化学成分改变后的海水吗？阿拉贡堡给出的答案不尽如人意。在我造访该岛时霍尔-斯潘塞告诉我，此地的火山口向水中倾倒二氧化碳已有至少一千年的时间，但是pH值为7.8(本世纪末全世界海洋都将达到这一水平)的水域与远离火山口的水域相比，其中生活的物种少了将近三分之一。这些物种“在代代繁殖的过程中有大量时间可用来适应环境”，霍尔-斯潘塞说，“但这里还是见不到它们的踪迹。”
6 f3 a4 p* e4 t3 U  “由于pH值对生物来说十分重要，因此人类花费大量精力来维持血液中pH值的稳定。”他继续说道，“但有些低等生物不具备这种生理功能，它们必须忍受外界的变化，因此最终不堪重负。”
( c2 b& B3 _/ X# r5 t  与阿拉贡堡相隔半个地球、位于澳大利亚海岸线外80公里处的独树岛也是座袖珍岛屿。虽名为“独树”，但实际岛上有数百棵树木，岛屿呈新月状，两端伸入珊瑚海，月弯中坐落着一个小型研究站，由悉尼大学管理。碰巧的是，当我在一个宜人的夏日午后造访该岛的时候，正赶上一只体型庞大的母蠵龟爬到实验室门前的海滩上来。岛上的所有居民(不算我一共11人)都前来围观。
$ h# q* B. G  \  独树岛是大堡礁的一部分，大堡礁是世界上最大的珊瑚礁群，长度超过2250公里。整个岛屿由一块块的珊瑚残砾组成，这些碎块小的似弹珠，大的像篮球，于大约4000年前的一场风暴之后开始堆积。直至今日，整个岛上也找不到可以真正称之为泥土的东西，树木如旗杆般从珊瑚碎块中拔地而起。
# a! o9 A. q( e  20世纪60年代，科学家开始造访此岛，他们首先提出的问题是，珊瑚礁是怎么长成的？近年来，这类问题显得更加迫切。“大约有25%的海洋物种，其一生中起码有部分时间是在珊瑚礁群中度过的。”一天傍晚出发采集礁石附近的海水标本之前，卡内基研究所海洋酸化问题专家肯· 卡尔代拉告诉我，“珊瑚搭建起生态系统的架构，因此很显然，如果珊瑚没了，整个生态系统也就没了。”