% N: T% e" H. K7 v# i 全球气候变暖造成的海水温度变暖和海平面上升,正在对海洋生态系统和海水的热特性造成损害。 5 T6 y$ b. [, h8 I6 D# }% N# q
前言
9 u5 r1 A* | t# L6 M. r8 [ 温室效应的不断累计,让原本负重不堪的地球生态系统更加恶化,目前已造成了不可逆的全球生态破坏,也成为了我们这一代人共同面临的挑战。全球气候持续变暖,会导致大气温度升高、海水温度升高,进而引发海平面上升、沿海地区台风海啸等灾难天气的频发,不管是对海洋生物的多样性,还是对人类的工作生活,都会产生无法估量的严重后果。在过去的在过去的50年里,全球变暖带来的90%以上的热量被储存于海洋中。最近的研究发现,从1971年到2010年,表层海水变暖占总变暖热储能的63%以上。若储存在海洋中的这些热量最终释放到大气层中,会导致更加严重的全球变暖事件的发生。全球的温室气体的排放如果一直不减少,全球的生态系统都会遭到无法修护的损害。 ! n' b2 i" F( u3 U8 Q
图1:按行业分类的年度全球温室气体排放量海洋约占地球表面积的约 70%,最深深度超过 3688 米。海洋吸收的热能通过自然洋流,在全世界范围内进行重新分配转移。除了云、水蒸气和温室气体是海洋热能的来源,海洋大部分的大的部分热能来自于太阳,海洋俨然成为了太阳能最大的收集器。
2 T8 l) n1 B* F& w 液体中的热传递过程称为热传导和热对流。热传导是通过直接接触传递热能,而对流是通过液体或气体的运动传递能量。对流传热系数可通过方程式q=h∙ΔT来换算,其中q是热流密度[W∙m2],h和ΔT分别代表是传热系数[W/(m^2.K)]、温差[℃/K]。海洋很容易保留热能,通常几十年内不会将热量释放到地球其他系统中。水比空气的比热容值(是指将物质的单位质量提高一个单位温度所需的能量)会高一些。举例空气的比热容值为1158焦耳,水的比热容值为3850焦耳。从这个数据可以看出,与空气相比,一公斤海水升温需要三倍于空气的热量。大家可以简单理解为水相比于空气需要获得更多的热量来升温。 小至 2 度的温度变化,就可以将藻类赶出它们的栖息地。珊瑚可以在白化事件中幸存下来,但如果它们继续生活在海水升温的环境下,它们就会变得非常容易死亡。
& |- |8 a1 H3 l4 } 珊瑚白化
% ?# {: j3 x2 G' h( d9 M9 i2 _ 虽然与空气相比,海洋温度上升1摄氏度所需的热量和时间要长得多,但即使温度的微小变化也会对海洋生物产生深远的影响。海洋水温上升对海洋生态最具代表性的一个影响之一就是珊瑚白化。珊瑚礁对海洋系统的碳中和及营养供给循环有着非常重要的作用。珊瑚体内的共生藻(虫黄藻)通过光合作用为珊瑚提供生存所需的能量,海水温度过高时,珊瑚共生藻就会离开珊瑚,导致珊瑚的颜色逐渐变浅,直至变白,最终删除会因失去营养供给而死亡。而将共生藻赶出它们的栖息地,只因微小至2摄氏度的海水水温变化。当然也有一些珊瑚在白化后,如果不再经受温度变化的压力环境,可以通过继续获得共生藻,从而局部复原,但环境如果继续恶化,珊瑚则极易白化死亡。
9 ]! y& ~& x6 \+ S _3 ]# { 图 2:被白化的珊瑚礁珊瑚白化对海洋生态系统来说是一个极具破坏性的生态事件。一旦珊瑚死亡,它们很难再次复活,并且珊瑚繁殖能力弱,这会导致珊瑚生态系统的持续恶化。珊瑚是很多海洋生物的食物提供来源和栖息地。珊瑚白化会降低海洋生物的食物供给下降,降低海洋生态产能,影响人们的生活。在过去三年中,世界上 1/5 的珊瑚走向了消亡,如果海洋温度继续以目前的速度攀升,那么珊瑚所带来的的海洋生态多样性将会永久性地消失殆尽。
7 a1 o7 j; J2 x5 U" Q 溶解氧含量
$ I8 ^" |% ~3 o! Q* E9 N C/ ?6 } 海洋变暖对海洋生物造成损害的另一个后果是水中溶解氧量的下降。溶解氧是指水中可用的游离、非复合氧的水平。溶解氧的生存非常依赖于温度的变化,较高的水温只含有较少的氧气。溶解氧含量是海洋生态健康的一个重要的参数。溶解氧是鱼类、无脊椎动物、细菌和植物等多种水生生物耐以生存的必要成分,所以,溶解氧的多与少会对生活在海洋中的许多生物的健康产生巨大影响。
( ?& c# L3 H, k# I) [ q& @ 图3:描绘水分子结构的路易斯图海洋中的大部分氧气是通过浮游植物(微小的海藻和海带)的光合作用产生的。这些初级生产者在接收最多阳光的海洋表层最丰富。该区域也极具生物多样性,是珊瑚礁栖息地。 阳光可以穿透海水100 米,使该地区成为最富氧的层。 大多数海洋物种严重依赖大量氧气来进行有效呼吸。 生活在该地区下方的物种严重依赖洋流向它们输送氧气。 如果表层中缺乏氧气(由于水温高),这也将导致海洋底层变得严重缺氧。
t" ?# v4 i. M1 P! { 氧气的溶解度随着水温的升高而降低。 与温暖的浅地表水相比,冷水将自动具有更好的保持更高浓度溶解氧的能力。 盐度(盐浓度)也在影响水体溶解氧浓度方面发挥作用。 大多数海水的盐浓度为百万分之 35 或 3.5%。 这一特性解释了为什么盐水的溶解氧自动比淡水平均少 20%。 海水自然含有较少的溶解氧,可供水生野生动物用于呼吸,这使得保护已经存在的东西变得更加重要。 氧的溶解度随着水温的升高而降低。与温暖的浅表水相比,温度更低的水有更好的含氧量。盐浓度对水体的溶解氧浓度也有影响。大多数海水的盐浓度为3.5%,这一特性解释了为什么盐水的溶解氧平均比淡水少20%。海水中的溶解氧自然较少,可供水生海洋生物生存,这让保护海洋显得更加重要。
$ t& ]2 Y; b7 |- Y) J; E( @ 冰川融化与海平面上升
3 c1 N; ?, ^4 v. p7 O1 B1 |5 ]0 w 由于温水分子间隔更远,所以温水比冷水占用体积更大。随着水的升温,海水分子获得更多的动能,分子开始发生膨胀反应,继而海水体积整体扩大,这种现象被称为热膨胀。所以,冰川融化,可以解释海平面上升的大部分原因。自 1880 年以来,全球海平面上升了 23 厘米以上,目前的上升速度为每年 0.32 厘米。海平面的上升会对沿海社区、基础设施造成严重破坏,并可能迫使这些地区的居民搬迁。在全球范围内,15 个超级城市中有 11 个直接位于海岸,海平面的上升会让这些沿海城市造成洪流威胁。这不仅会破坏沿海地区的基础设施,造成巨额资金损失,甚至会影响沿海地区居民的人身安全。 2015 年,全球海水侵入造成了超过 60 亿美元的基础设施损失,到 2050 年,这一代价可能会增加到近 1 万亿美元。 冰川的融化也威胁着沿海的动物。北极熊捕猎海豹依靠海冰的存在,若海冰变薄甚至融化,将造成北极熊无法继续捕食海豹,这让北极熊面临着生存危险和灭绝危机。
: u( C5 N. R9 T" }: |5 J( ? 图4:北极熊站在变薄的海冰上结论 , Y& M7 {9 \' @5 P8 S
随着全球气候变暖、海水温度继续升高,将导致全球生态系统的持续恶化。冰川的融化和海平面的上升,会导致依存于珊瑚的生态多样化的浅海区域,因珊瑚白化消亡而随之消亡;沿海城市面临着洪流威胁,北极熊的生存环境将面临更加严峻的考验。如果海洋继续以目前的速度变暖,预计到2025年,海水温度将上升0.4-1.1摄氏度(2020年海洋健康指数),这将消除所有剩余的所有珊瑚,并对整个海洋的物种多样性产生深远影响。《巴黎协定》和《京都议定书》等立法正在努力应对这些负面影响,并要求社会做出积极的改变,但如果没有全球范围的共同努力来应对气候变化,人类对海洋生态系统造成的破坏,不太可能在近期内减少。
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原文:全球气候变暖对海洋温度和海洋生态的热特性影响 - Thermtest Asia
5 ?7 S/ f, ?- v! u9 q 文献参考: Climate Change: Ocean Heat Content: NOAA Climate.gov. (2020, February 13). Retrieved July 25, 2020, from https://www.climate.gov/news-features/understanding-climate/climate-change-ocean-heat-contentDissolved Oxygen. (2019, January 23). Retrieved July 25, 2020, from https://www.fondriest.com/environmental-measurements/parameters/water-quality/dissolved-oxygen/Everything You Need to Know about Coral Bleaching-And How We Can Stop It. (n.d.). Retrieved July 25, 2020, from https://www.worldwildlife.org/pages/everything-you-need-to-know-about-coral-bleaching-and-how-we-can-stop-itOcean heat. (n.d.). Retrieved July 25, 2020, from https://energyeducation.ca/encyclopedia/Ocean_heatOxygen ” World Ocean Review. (n.d.). Retrieved July 25, 2020, from https://worldoceanreview.com/en/wor-1/ocean-chemistry/oxygen/Pierre-louis, K. (2019, January 10). Ocean Warming Is Accelerating Faster Than Thought, New Research Finds. Retrieved July 25, 2020, from https://www.nytimes.com/2019/01/10/climate/ocean-warming-climate-change.htmlUS Department of Commerce, N. (2010, March 15). What is coral bleaching? Retrieved July 25, 2020, from https://oceanservice.noaa.gov/facts/coral_bleach.htmlJ.M.K.C. Donev et al. (2016). Energy Education – Ocean heat [Online]. Available: https://energyeducation.ca/encyclopedia/Ocean_heat. [Accessed: July 16, 2020].7 N% _: C+ w' ~1 Y5 {( _0 n
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