全球海洋告急-酸性的环境

珊瑚礁孕育了非同寻常的生物多样性，但是它们都遭受多种力量的围困，包括暴露于有毒化学物质和承受直接物理破坏。更严峻的威胁是，化石燃料燃烧导致海洋化学性质发生变化，但这种危险却鲜为人知。 如今，生产过程中所释放的二氧化碳，其1/3都进入了海洋，降低了自然状态下呈碱性的pH值。这种向更具酸性的环境的转变，似乎降低了珊瑚礁（以及许多其他海洋生物）生长发育的能力。
　　
　　1956年，美国加利福尼亚州斯克里普斯海洋研究所的地 球化学家罗杰·雷维尔(Roger Revelle)和汉斯·修斯(Hans Suess)指出，必须测定空气和海洋中的二氧化碳含量，以便 “更清楚认识到预知的大量工业生产的二氧化碳可能对未来 50年气候产生的影响。”换句话说，他们想指出如今的形势 多么可怕。那个时候，他们不得不为这种观测的重要意义而 辩护，在今天看来多么令人惊讶，但在当时，科学家们还不 能肯定人类排放的二氧化碳是否真正会在大气中累积起来。 一些科学家认为，二氧化碳将被海洋无害地吸收，或被陆地 上生长的植物恰当地吸收。
　　
　　雷维尔和他为开展该项目而雇佣的年青研究人员、已 故的查尔斯·戴维·基林(Charles David Keeling)，意识到他 们必须在偏远地点安装仪器，这些地点远离二氧化碳来源 地和沉积地，这样的安排，会引起测定的结果不规律地变化。他们选择的一个地点，几乎远离任何人能够到达的工 业活动地与植物生长地：南极；另一个地点则位于美国夏 威夷州莫纳罗亚山顶上新建的气象站。
　　
　　莫纳罗亚山的监测活动，从1958年一直持续到现在(其 间只有一次短暂的中断)。夏威夷没有南极洲那么遥远，它 见证了二氧化碳水平急剧升降的情况，二氧化碳水平升降与北半球植物生长季节同步；但是在每年末，这种温室气体的浓度总是高于它12个月前的水平。因此，没过多久， 科学界就认识到雷维尔是正确的——二氧化碳进入大气， 必定有许多留在那里。雷维尔的预测还正确地表明，很大 部分二氧化碳最终会进入海洋，而且雷维尔很久以前就明 白，进入海洋的二氧化碳会彻底改变海水的化学性质。与 气候变化的某些方面不同，这种效应的真实性——本质上 是海洋酸化(acidification)，这一点并不存在多少争议，尽管 现在科学家还在继续揭示海洋酸化的全面影响。
　　
　　人类影响有多严重？
　　
　　自工业革命开始以来，海洋已经足足吸收了排放到大气中的化石燃料碳的一半
　　
　　基林进行了半个世纪的记录，这极有价值，但是连贯 起来看，这段时间对评价现状来说，还是太短了。然而， 通过测定陷入冰芯中的空气泡，科学家们已经能够获得更 长时间范围的信息。根据这种自然档案，科学家们了解 到，几千年来，大气二氧化碳浓度几乎恒定不变，然后随 着19世纪工业化开始而飚升起来。目前，二氧化碳比几百 年前多了30%，而且，到本世纪末，还可能比以前的水平 提高一倍或两倍。
　　
　　二氧化碳急剧增加，主要来源是燃烧化石燃料(fossilfuel)——煤炭、石油和天然气(水泥生产和热带雨林燃烧也增加了一些二氧化碳，但是为了简单明了，我们把这部分 二氧化碳忽略不计)。与活体生物的成分不同，化石燃料几 乎不含或根本不含放射性形式的碳——碳同位素碳14，碳 14的原子核有8个中子，而不是通常的6个中子。化石燃料 中，两种稳定碳同位素(碳12和碳13)的比例也是独一无二 的。因此，化石燃料燃烧在大气中留下了与众不同的同位 素标记，这样，就没有人能够怀疑二氧化碳增加量从何而 来了。
　　
　　吸收率可能发生变化，化石燃料产生二氧化碳，现 在，其中40%留在大气中；其余被陆地植被吸收或被海洋 吸收，目前两者所占比例大体相同。海洋是巨大的自然碳 库，因而到目前为止，进入海洋的化石燃料二氧化碳增量 还相对较小。因此，检测和量化二氧化碳吸收情况，要求 特别精确的测量，至少达到千分之一的精度。此外，各个 地区的二氧化碳数量相去甚远，要完成这项任务，就必须 投入资源，长期不懈地绘制全世界碳浓度图。在20世纪80 年代后期和20世纪90年代，海洋学家严格开展了这方面的 工作，作为二氧化碳全球评价的组成部分，而全球评价则 由JGOFS(全球海洋通量联合研究计划)和WOCE(世界海洋环 流实验)这两个项目承担。
　　
　　然而，那些调查本身并没有确定：在测定的碳中，哪 部分是自然产生的，哪部分是人类排入大气的。1996年， 尼古拉斯·格鲁伯(Nicolas Gruber)(目前在美国加利福尼亚 大学洛杉矶分校)和他的两个同事开发了一种创新技术，以 区分二氧化碳的来源。格鲁伯把该方法用于分析JGOFS和 WOCE的所有数据，这项工作于2004年完成，结果表明， 自工业革命开始以来，海洋足足吸收了排放到大气中的化 石碳的一半。
　　
　　证明这个过程的另一种方法，即是重复测量同一海域 的碳含量。人们必须将海洋中的化石碳与各种生物来源碳 仔细区分开来，而且观察时间跨度必须为10年或更久，才 能揭示化石燃料燃烧对自然变化背景产生影响的总体趋 势。去年，在美国海洋与大气管理局大西洋海洋学与气象 学实验室的里克·万宁霍夫(Rik Wanningkhof)和我率领的一 次研究考察中，完成了这样一项实验。