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地球海水酸化速度史无前例 达到三亿年来最高值

http://www.kexue.com 2012-03-05 09:28:51 腾讯科学  发表评论


海洋酸化示意图

  有人喜欢指向气候变化时的循环,把降温之前的升温作为简单的事情丢弃掉。从这种角度看来,对气候变化的担忧有点类似于单纯的担心一半的学校教育低于平均水平。这就是为什么我们需要环境。我们需要了解这种明显的变化是更像一次世界首映还是一次相似的循环。

  据《科学杂志》一份最新的文章,研究人员检测了环境与海洋酸化相关的地质记录,大气中增长的二氧化碳浓度导致PH值下降。研究小组(来自不同大学的21位科学家组成)评估了来自过去已知的或者有疑问的海洋酸化间隔的证据。研究结果提供了现在的趋势图以及潜在的后果。他们发现如果继续下去的,目前海洋的酸化速度会把我们推向一个3亿年来都无先例的地步。

  酸性物质有几种方法在岩石中留下它们的足迹。碳同位素成分随着碳循环转移发生改变,例如像大气中的甲烷和二氧化碳这些温室气体的活动。存在于海洋贝壳中的硼同位素追随海水的PH值。海洋贝壳中其它微量元素(例如铀和锌)和钙的比例表明了碳酸盐离子的可用性。(海洋酸化不仅仅是在于PH值,而且碳酸盐饱和度的减少为贝壳钙化它们的外壳增加了困难。)除了这些之外,化石也记载了地球早期灾难事件中海洋物种的灭绝和形态变化。

  这篇报道谈到了过去3亿年的时间,那不仅仅是个约整数,也是我们能想到的最早日期。原因是地球的板块构造学驱使海洋版块退回到俯冲带的地幔中,所有没有海洋地壳或者沉积物具有超过1.8亿年的历史。你得依赖于移动到大陆板块的海洋岩石所提供的有限信息回顾更远的历史。那就使建立一个全球景观变得更加困难,因为一些地区变得无法描述。而且随着这些记录向过去追溯的越来越远,历史时期和钙化生理学的不确定性降低了这些分析结果的可靠性。在3亿年前,某些测量的未知事物实在太多。

  研究人员们调查的第一个时期是始于1.8万年以前末次冰期的末期。在经过了大约6000年的时间后,大气中的二氧化碳水平增加了30%,大约是77ppm的的变化。(仅供参考:大气中的二氧化碳的增长与过去50年的增加量相当)经过6000年的时间,海洋表面PH值降低了大约0.1个单位,平均到每个世纪大约是0.002单位,而我们目前的速度是每世纪超过0.1单位。

  最后的冰川时代并未引发大量的灭亡,但是却引发了一些物种的变化。有孔虫类浮游生物的外壳减少了40%-50%,而球菌藻的下跌了25%。在大约300万年前的上新世暖期,大气中的二氧化碳含量大约和今天的一样,但是PH值只比工业化前状况低0.06-0.11个单位。这是因为这个事件持续了大约32万年左右。所以我们从化石记录看到的是地球升温导致的物种迁移,而不是钙化所导致的副作用。这是因为海洋酸化根本上取决于大气中二氧化碳含量的增加速度,不是绝对浓度。

  接下来,研究人员把注意力转向了古新世到始新世的气候最暖期(或者PETM),这段时期发生在5600万年前。由于突然向大气中释放碳物质(然而却不如今天的排放突然),在2万年时间内全球温度增加了大约6摄氏度。PETM时期发生了7500万年来深海有孔虫类的最大灭亡,而且是近3亿年来的四大最严重珊瑚礁灾难之一。

  我们没有这个时期的PH值完整记录,因此无法讲述多少灭绝是由海洋酸化导致的,与此相反的是海水升温导致的温度变化或者是水溶氧的减少。研究小组同样调查了中生代的几次大灭绝,中生代是恐龙的存活时期。三叠纪和侏罗纪的更替期就包括了大气中二氧化碳的在相当短的时期内大量增加(增加了1300-2400ppm),或许只有短短2万年。

  作者写道:“推测这一时期发生了一场钙化危机,礁石和石珊瑚经历了几乎全部的倒塌。”然而尚不清楚的是这场灾难有多少责任归咎于酸化而不是升温。我们最终研究了大灭绝。二叠纪到三叠纪时期的大灭亡(大约2.52亿年前)造成大约96%的海洋生物灭亡。但是二氧化碳释放到大气中的速度比现在的排放速度低10-100倍。

  最后研究人员们推断,古新世到始新世的气候最暖期、三叠纪侏罗纪的更替期、二叠纪三叠纪更替期与今天是最相似的,至少就酸化而言是这样的。由于后两者海洋化学数据的缺乏,古新世到始新世的气候最暖期对我们对比现在情况是最佳选择。但仍不完美的是二氧化碳的增长速度比今天要低。

  或许更为重要的是事实上海洋化学过程的敏感度随后降低了。由于海洋中脊附近火山活动的差异,海水中的镁和钙的比例随着时间发生变化。当镁含量高的时候(就像今天一样),一种被称为霰石的碳酸钙变得非常显著。霰石比方解石可溶性更高,因此霰石海洋更容易受到酸化的影响。尽管古新世到始新世的气候最暖期不是以霰石海为特征,但对于许多海洋生物是一段动荡的时期。

  在作者们频繁的指出区分海洋酸化和气候变化副作用困境的时候,他们争论说这事实上是一个学术运动。酸化、温度变化和溶解氧的变化史无前例的聚合到一起,那种组合造成了无法预知的情况。作者推断:“现在的二氧化碳释放速度显露出推动组合的能力,而且海洋化学的重大变化可能至少是过去3亿年地球历史上史无前例的,提高的可能性让我们进入了一种未知的海洋生态系统变化领域。”(过客/编译)

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