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全球变暖如何影响海洋生命?新研究发现:在地球历史暖期 海洋缺氧区竟曾缩小
2022-10-13 13:17:22   来源:化石网   评论:0 点击:

全球变暖如何影响海洋生命?新研究发现:在地球历史暖期 海洋缺氧区竟曾缩小(化石网整理)据科技日报(记者 王健高 实习记者 宋迎迎):海洋缺氧区的出现是正常现象。但近年来,人类活动对海洋生态造成了干


全球变暖如何影响海洋生命?新研究发现:在地球历史暖期 海洋缺氧区竟曾缩小

(化石网整理)据科技日报(记者 王健高 实习记者 宋迎迎):海洋缺氧区的出现是正常现象。但近年来,人类活动对海洋生态造成了干扰。无论海洋缺氧区面积扩大或缩小,都会打破海洋生态系统原有平衡,产生负面影响。——冯玉铭  中国海洋大学海洋碳中和创新研究中心副主任
 
近年来,全球气候变化是一个日益火热的话题。其中,全球变暖作为全球气候变化的一个典型后果,更是引起了人们的广泛关注。近日,香山科学会议第S68次学术讨论会聚焦地球系统与全球变化,对全球气候变化的特征、影响和机理,以及全球气候变化的适应与应对等课题进行了深度探讨。
 
全球变暖对海洋缺氧区的影响,是近年来科学家们孜孜以求的前沿课题。近期,研究人员的一项新研究显示,在漫长的历史长河中,海洋有过不同的温暖时期,而在这些温暖时期,海洋缺氧区缩小了。相关成果近日发布在国际学术期刊《自然》上。
 
什么是海洋缺氧区?其形成机制是什么?全球变暖是如何影响海洋氧气条件的?海洋缺氧区大小的变化对海洋生物、海洋生态系统有什么影响?科技日报记者就这些问题采访了相关专家。
 
海洋缺氧区指溶解氧浓度较低的海域
 
什么是海洋缺氧区?要弄懂这一概念,首先需要理解什么是溶解氧。
 
“溶解氧就是溶解在水中的氧气。”中国海洋大学环境科学与工程学院副教授、中国海洋大学海洋碳中和创新研究中心副主任冯玉铭解释说,“在正常海域中,水体中溶解氧的浓度一般为每升7毫克或8毫克,甚至更高。”
 
“当水体中溶解氧的浓度长期低于每升2毫克时,这片海水区域即被称为海洋缺氧区或海洋低氧区。如果溶解氧的含量继续降低,长期维持在每升0.5毫克标准以下,我们则认为这片海域属于极度缺氧区或无氧区,好氧生物就无法在这片海域生存了。新研究中提到的海洋缺氧区即是溶解氧含量长期在每升0.5毫克以下的海域。”冯玉铭说。
 
海洋缺氧区又包括近岸海域缺氧区和广阔大洋缺氧区。有研究认为,近岸海域缺氧区主要源于快速增长的人类活动。人类生产和生活排放出的氮、磷等污染物会通过各种途径汇入海洋。“氮、磷污染物中含有海水中浮游植物生长所必需的营养元素。它们的增多就好比是给海水中的浮游植物‘施肥’,浮游植物在这些‘肥料’的刺激下快速生长并大量繁殖。当过度繁殖的浮游植物和以浮游植物为生的其他浮游生物死亡后,其尸体会沉入海底,在微生物的作用下发生矿化,矿化过程将消耗大量的氧气。”冯玉铭告诉记者,尤其是水下低光、弱光甚至无光层,无法靠光合作用补充被消耗的氧气,耗氧速度更快,水体在几周甚至几天内就可能缺氧。因此,在近岸海域缺氧区,缺氧现象发生在海水的底层。
 
“不同于近岸海域,广阔大洋的缺氧现象大约存在于海面下200米至1000米的中层海水中。这一区域的表层、下层海水中的氧气含量都很丰富,唯独中层海水形成一片缺乏氧气的‘空腔’。”冯玉铭表示。
 
全球变暖会导致海洋缺氧区形成
 
一般来说,海水温度越高,能够溶解的氧气就越少。因此,全球变暖会为海洋缺氧区的形成“推波助澜”。此外,全球变暖导致海水表层增温更高,而深水的增温更慢,这会使得海水上下的层结
 
更强,不利于表层和深水区的物质交换。氧气向下的输送会更加困难,让海洋缺氧更加严重。
 
大洋环流也是导致海洋缺氧区的重要诱因。“洋流将上层富含氧气的海水带入海洋中层和底层,这一过程类似于抽油烟机的工作过程,也被称为海洋通风。在全球变暖的背景下,海洋通风整体上是减弱的,因此更少的氧气被带入到海洋内部。”冯玉铭解释说。
 
冯玉铭表示,生物地球化学过程也会对海洋中氧气的含量产生影响。变暖的海水会使微生物耗氧分解有机物的速率加快,促进海洋中氧气的消耗,从而导致海洋缺氧区的扩大。
 
海洋缺氧区扩大会对海洋生物和海洋生态系统造成什么影响?“溶解氧含量的多少,会对生活在海洋中的好氧生物产生巨大影响。”冯玉铭告诉记者,海洋缺氧区的溶解氧含量接近于零,对于生活在海洋中的好氧生物而言,这样的海域无异于生命的禁区。
 
海洋缺氧区缩小,会对海洋生物、海洋生态造成影响吗?冯玉铭表示,一般来说,含氧量越高,就越容易促成生物繁殖和生物体型的扩增。这在古生物学上存在很多支撑证据。但这是一个长期的过程,短时间内作用并不显著。
 
“过于限制缺氧区的存在会严重影响地球氮循环,导致厌氧的反硝化过程被遏制,使得海洋氮营养盐收支平衡失调,这可能造成严重的海洋生态系统崩溃。可见,海洋中的物理和生化反馈过程之间是彼此紧密相关的,很多复杂机制会给出我们反直觉的结果。”冯玉铭解释说。
 
“客观来讲,海洋缺氧区的出现是正常现象。但近些年来,人类活动对海洋生态造成了干扰。无论海洋缺氧区面积扩大或缩小,都会打破海洋生态系统原有的平衡,从而产生负面影响。”冯玉铭表示,近年来,各国科学家都在密切关注全球变暖对海洋缺氧区的影响。除了气候学家、海洋学家,政府管理部门、立法者、公民也应关心海洋、爱护海洋,努力减少人类活动对海洋生态系统的负面影响。
 
新研究揭示历史上海洋缺氧区缩小原因
 
在此次新研究中,科学家团队采取温度“重建”的方法,通过检测海底沉积物岩芯里的有孔虫,来读取海洋过去的氧气含量,确定海洋缺氧区的范围。
 
“浮游有孔虫会吸收氮等化学元素,而氮的同位素比率又取决于环境条件。在缺氧条件下,海洋中会发生一个被称为细菌反硝化的过程,在这个过程中,细菌将硝酸盐转化为分子氮。这些细菌更喜欢吸收氮的轻同位素14N,排斥氮的重同位素15N,因此15N便会过量地容留在海洋中。当反硝化作用活跃时,15N的比率明显提高。因此,科学家们可以通过测量这一点来确定早期缺氧区的范围。”冯玉铭表示,“15N的比率越高,证明反硝化作用越强,则意味着此区域为缺氧区。”
 
新研究中,科学家团队通过对有孔虫氮同位素研究表明,在出现于1700万—1400万年前的中中新世气候适宜期(MMCO)和出现于5300万—5100万年前的早始新世气候适宜期(EECO)这两段海洋温暖期,东热带北太平洋水柱中的反硝化作用大大减少。这意味着,在历史上的这两段温暖时期,海洋中的氧气是充足的。
 
在新研究中,科学家团队还发现,在MMCO和EECO两段暖期,高纬度和低纬度之间的温差比现在小很多。全球变暖和高低纬温差减弱都有助于减弱热带风,从而减少富含营养盐的深层海水的上涌,这导致海水表层生物生产力降低,因此,沉入深海的浮游生物的尸体相应减少,矿化作用减弱,无需消耗更多的氧气,从而缓解了缺氧的趋势。
 
新研究还提出了另外一种可能性:在历史上漫长的温暖时期,南大洋表层水与深海之间的交换水(深海倾覆)可能加速,从而导致整个海洋内部含氧量增加。

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