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海洋含氧量岌岌可危 对海洋生态系统影响大

2019-09-05 09:29:44 来源: 中国数字科技馆 作者:
摘要:德国基尔亥姆霍兹海洋研究中心的海洋学家Andreas Oschlies表示,过去十年间,海洋含氧量受气候变化的影响经历了断崖式下跌,他的团队一直在追踪世界范围内的海洋含氧量。

  原标题:海洋含氧量岌岌可危

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  一种浮游动物。(图片来源:Matt Wilson/Jay Clark,NOAA NMFS AFSC Wikimedia)

  躲避捕食者,消化和其他生命活动(包括人类活动)都需要氧气;然而众多新研究显示,海洋生物将不再能够轻易获取这一基本生命要素。

  德国基尔亥姆霍兹海洋研究中心的海洋学家Andreas Oschlies表示,过去十年间,海洋含氧量受气候变化的影响经历了断崖式下跌,他的团队一直在追踪世界范围内的海洋含氧量。他补充道,“我们对观察到的(海洋氧气含量)变化程度感到非常震惊:海洋含氧量下跌的速度之快以及对海洋生态系统的影响之大。”

  Oschlies说,科学家们对海洋升温导致的耗氧量增加并不感到奇怪,但(海洋含氧量)下降的程度着实令人在意。最近有研究发现,过去五十年间,部分热带海域氧含量竟下跌了40%。其他地方的下跌则小得多,世界范围内平均下降了2%。

  Oschlies和同行们表示,大大小小的海洋生物都要针对氧含量的这一细微变化采取对策——或是前往氧含量更高的水域避难,或是改变习性。(习性的)改变将会使动物们暴露在新的捕食者面前,或是被迫迁往食物匮乏水域。Oschlies表示,气候变化已经给海洋生物带来了很多麻烦,比如海水酸化,但缺氧无疑是它们当下面临的首要威胁。毕竟,“它们都要呼吸。”

  食物网的问题

  海水升温导致其含氧量降低主要有两方面原因:一是气体在液体中的溶解度会随后者温度升高而降低。Oschlies解释说,这就是放在太阳下的碳酸饮料“泄气”更快的原因。另一方面,随着极地海冰的融化,会在海洋表面形成一层更轻的水并覆盖在更冷、更咸的海水上(*降低了表层海水密度,进而抑制海水密度差形成的垂直对流),这会阻止表面混合的水流向海底深处。这样,因为所有进入该区域的氧气(或者直接来自大气,或者由海洋表面的浮游植物通过光合作用产生)溶入水中的减少了,到达海水深处的也便减少了。

  赤道附近的一些沿海区域因为含有富营养水体,本身就是低含氧量区域,这儿细菌大量增殖,并在分解死亡的海洋生物尸体时消耗大量氧气。而Oschlies和同行们更关心的则是其他海域生态系统的变化,包括公海和极地附近海域,因为这些海域通常被认为是不易受到影响的。Oschlies及其同事去年发表于《自然》的报告称,气候模型在预测未来的变化时还是像过去一样低估已经在世界范围内观察到的氧含量下降——这也是这一趋势应得到更多关注的另一个原因。

  Science Advances在2018年12月刊发的一份报告记录了极微小的氧含量变化对作为食物网基础聚集在水层中的浮游动物的影响。来自罗德岛大学的海洋生物学家,这项研究的领导人Karen Wishner表示,“它们非常敏感,”甚于她之前所认为的。有部分物种还游向了更深、更冷的水域寻找氧气。“不过在部分水域,它们并不能随心所欲地游向深处,”要么因为难以寻找食物,要么因为水温太低无法繁衍。她又补充道,一些捕食者——包括鱼,鱿鱼和鲸鱼在内,要么直接捕食浮游动物,要么捕食以浮游动物为食的鱼,因此,浮游动物(对海水氧含量下降)的应对方式将对食物网产生影响。

  除了食物链断裂以外,动物们还要面对为适应低含氧量而带来的生理挑战。上月发表的一份海洋和淡水行为生理学研究报告指出,中国对虾在低氧环境下会减弱卷尾频率以节省能量,这降低了它们的敏捷性。研究人员在2016年《自然-通讯》上的一份报告中表示,一些雄鱼在(海洋)含氧量降低后产生的精子数减少了,而且其后代(的生殖能力)在氧含量回升后也无法恢复。

  来自圣地亚哥加州大学的博士生Lillian McCormick表示,低氧环境下,包括视力和听力在内的感知能力也可能受损。她的初步研究显示,氧含量的稍微降低一点也会损害部分浮游动物的视力。(这一现象也会发生在人类身上,比如在高海拔旅行的人会损失部分夜视和色彩分辨能力。)她还补充道,许多浮游动物依赖视觉信息感知早晨,并游向深水以躲避天敌,所以视力损失会削弱它们感知光线的能力。

  有部分生物对低氧环境有较好的适应能力,比如水母。来自南佛罗里达大学的海洋学家,同时也是Wishner的浮游动物研究团队一员的Brad Seibel表示,然而所有动物都会感受到缺氧带来的影响,毕竟他们进化出使用氧气的功能不是没有原因的。

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  一张显示全球海洋溶解氧含量(a)和十年内变化情况的地图(b)。(图片来源:Schmidtko,et al.,Nature 2017)

  栖息地萎缩

  随着富氧海域减少,目前的鱼类栖息地也将萎缩,并迫使极具经济价值的物种——比如全球年产值达420亿美元的金枪鱼向新海域迁徙。研究者们发现位于热带的大西洋东北部海域金枪鱼和剑旗鱼渔场,因为溶氧量降低,(其面积)自1960到2010年萎缩了15%(pdf)。

  海岸线渔场面临的压力同样与日俱增——来自农业灌溉的化肥诱发了赤潮,后者中藻类的分解又消耗了大量溶解氧——靠近密西西比河入海口的墨西哥湾长久以来一直如此。这些“死水区域”迫使鱼类去它们平时活动区域的边缘寻找更多氧气。Seibel补充说,因为鱼群都聚集在一小片区域,渔民便更容易发现它们,这造成了一种渔产丰富的假象,但显然不会长久。

  为解决整个(海洋)缺氧问题,Oschlies去年九月在基尔就相关问题组织了一场国际会议。与会者们临时起草了一份宣言——关于海洋缺氧问题的基尔宣言,以期在各国政府、联合国和公众间引起关注,并呼吁他们立即采取行动。他们希望政府和国际组织更积极地减缓气候变化,同时遏制加剧氧气消耗的沿岸径流污染。研究者们以2008年摩纳哥宣言(pdf)为蓝本建立了新的宣言,Oschlies认为后者成功引起了国际社会对海水酸化的关注。

  超过300名来自30个国家的科学家在宣言上签字,Wishner也是其中一位,她说:“这对公众及各国政府机构、国际机构都是一种警告——威胁迫在眉睫。”同样是签名人之一的Seibel在这一问题上直截了当地指出:“我认为它(指海水氧含量降低)的后果相当可怕。”

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