解读:气候变化如何影响海洋?

海洋充当了全球变暖的缓冲器,但代价则是气候系统和海洋生态的稳定性。

Polar Bears on Sea Ice

斯瓦尔巴特群岛以北北极海冰上的北极熊和幼崽。图片 © Larissa Beumer / Greenpeace

随着气候变化的影响日益加剧,全球都受到了影响。海洋发挥的作用十分关键,迄今为止吸收了人类活动产生的大部分二氧化碳和过剩的热量。但海洋也很脆弱。海洋如今正经历着一些重大的变化,气候变化对海洋的破坏似乎将进一步恶化。

1. 温度上升

大气中的温室气体所蓄积的热量,其中约90%最终被海洋吸收。与海洋庞大的体量相比,海水温度的变化显得似乎微不足道——过去100年间,海洋表层温度只升高了0.5摄氏度。但即便是这0.5摄氏度也足以造成重大破坏,而且海洋变暖正在加速。

物质遇热膨胀,密度降低,体积变大,海洋也不例外。事实上人们认为1993至2010年间热膨胀导致海平面每年平均上升1.1毫米。在我们所看到的海平面上升中,热膨胀导致的占很大一部分。

据观测,1993年到2010年海平面每年平均上升3.2毫米。导致海平面上升的原因很多,原本储存在陆地上的水以降雪等形式进入海洋就是其中之一。图片:Manuel Bortoletti / 中外对话海洋

海水变暖也会影响其上方的大气。海面温度升高会增大飓风和热带气旋的威力,可能导致岛屿和沿海地区遭遇更多的台风和强台风。海水温度越高,溶解的二氧化碳量就越少,这就意味着会有更多的二氧化碳留在大气中,加速全球变暖。

和陆地一样,海洋温度上升也会产生破坏性的热浪。如果一个地区由于天气条件或水流的异常而连续五天出现海水异常温暖的情况,就意味着出现了海洋热浪。这一情况可以持续数月甚至数年。2013至2015年一场名为水泡(The Blob)的海洋热浪在北太平洋附近活动,造成美国西海岸100万只海鸟死亡。

2. 酸化

二氧化碳溶解在海水中会反应形成碳酸:虽然这是一种弱酸,但足以改变海水天然弱碱性的ph值。据估计,工业革命以来海水中溶解的二氧化碳已导致海洋表层的平均酸碱度降低了0.1,从8.2左右降至8.1(7为中性)。

这一变化听起来不大,但酸碱值是对数尺度的,0.1个单位实际表示酸度增加了近30%。这对海水的化学组成以及依靠海水的生态系统产生了一些显著的连锁反应。

图片: Manuel Bortoletti / 中外对话海洋

对于贝类以及其他利用矿物碳酸钙来形成外壳和外骨骼的海洋生物而言,酸度增加是个非常糟糕的消息。海水酸度越高,海水中的碳酸钙浓度就越低,可供牡蛎、蛤、海胆、浅水珊瑚、深海珊瑚和钙质浮游生物等钙化生物使用的量就越少。更糟糕的是,海水化学组分的变化加速了现有碳酸盐结构的溶解。

珊瑚尤其脆弱。对澳大利亚大堡礁一小部分珊瑚的实验表明,人为降低海水中的二氧化碳含量从而将海水酸碱度恢复到工业化前的水平,促使珊瑚钙化率提高了7%。随后科学家提高二氧化碳含量,将海水酸碱度降至本世纪末的预计水平,钙化减少了三分之一。

3. 冰层融化

许多科学家认为,随着气候变化继续发展,格陵兰岛和南极的大量冰盖必将彻底崩塌、融化,最终进入海洋,导致全球海平面上升数米。这需要时间,也许是几百年、几千年,但融化正在加速。根据联合国气候机构目前的预测,低排放情况下,到本世纪末海平面将平均上升61至110厘米。

到2050年,海平面上升可能导致至少3亿人的家园被海水淹没,其中大部分地区位于亚洲。

海水淹没邻近的稻田后,桑德班斯的村民正在修复受损的堤坝
海水淹没邻近的稻田后,桑德班斯的村民正在修复受损的堤坝。这个地势低洼的三角洲地区横跨印度和孟加拉国边境,据估计那里生活着450万人,尤其容易受海平面上升的影响。图片 © Peter Caton / Greenpeace

沿海生态系统也会受到影响。海滩和沙丘环境面临更严重、更频繁的浸泡和侵蚀,泥滩、沼泽等供鸟类繁殖的敏感的淡水栖息地则将被海水淹没。

极地冬天海水结成的海冰也会在夏天一年年地逐渐融化变薄,导致海冰整体覆盖和范围不断缩小。海冰融化对海平面上升没有显著影响,但却给以海冰为栖息地的生物带来了大问题。值得注意的是,北极熊需要借助海冰来捕猎海豹。研究表明,北极地区剩余约2.5万头北极熊中,大部分都在挣扎求生。研究发现,2001至2010年间阿拉斯加和加拿大东北部南波弗特海附近一个北极熊种群的数量下降了40%

4. 洋流变化

洋流易受气候变化的影响。目前这些洋流就是大型的全球传送带:气流从温暖的赤道吹向寒冷的两极时会带着表层海水一起流动。海水被寒冷的极地空气冷却后,密度增加,沉入深海,然后又被从表层新沉降下来的密度更大的水推回赤道(并在这一过程中变暖、密度降低、上升),如此周而复始,并同时运输和混合营养物质。

图片: Manuel Bortoletti / 中外对话海洋

冰层融化会干扰这一系统,大量淡水涌入两极导致海水密度降低,下沉速度变慢。如果没有同样的下行推动力,整个全球大循环可能会减弱。2018年,科学家认为大西洋主要洋流的速度已经降低了约15%。一些研究预测到2100年情况可能进一步恶化,减速可能达到30%以上。

根据以往的情况,科学家称洋流变慢可能导致地球大气发生重大变化,进而影响天气。欧洲的冬天可能会更冷(电影《后天》所讲述的正是这种极端状况)。与此同时,南大西洋的海水可能会变暖,由于海面温度影响风和降雨,因而可能会破坏对亚洲和南美农作物至关重要的季风周期。 

5. 缺氧

和我们在大气中呼吸氧气一样,海洋生物依靠溶解在海水中的氧生存。但气候变化正导致海洋中的氧气逐渐流失:1960至2010年间约1%到2%的氧已经流失,到2100年这一数字可能上升至4%。

导致氧流失的原因有几个。海水温度上升导致气体的溶解率下降,洋流遭到破坏则限制了氧气从海洋表面向深海的输送。

农业用地土壤中施加的肥料和其他营养物质进入河流并最终汇入沿海水域,导致问题越来越严重。对藻类来说,这些意外而来的食物让它们迅速生长繁殖,形成大片藻华——有时称绿潮或赤潮。藻华会带来很多问题,如释放对鱼类有毒的化学物质等。藻类死亡后沉入深海,分解藻华的微生物也会消耗周围水中的氧。

2018年夏季波兰北部的格但斯克海滩因爆发有毒藻华而对游客关闭
2018年夏季波兰北部的格但斯克海滩因爆发有毒藻华而对游客关闭。图片来源:Wojciech Strozyk / Alamy

严重情况下,溶氧量可能大幅下降,导致深海部分地区成为不毛之地。2008年一项全球调查发现至少有405处这样的死亡区,而上世纪60年代仅有49处。受影响最大的也许是波罗的海。尽管努力限制周边国家的农业径流,但波罗的海仍有约7万平方公里的大面积死亡区——与爱尔兰面积相当。 

6. 食物链崩溃

大到大型鱼类,小到蓝藻,已经面临过度捕捞和污染压力的海洋生物又受到气候变化的影响。随着海洋变暖和洋流移动,一些海洋生物开始向海水温度较低的两极迁移。这些分布上的变化给以它们为食的物种(从试图捕捞金枪鱼的人类到寻找浮游动物的鱼类)带来了连锁反应。对于那些已经遭受海水酸化、氧枯竭打击的物种而言,资源转移的压力更让它们不堪重负。

食物网络错综复杂,任何变化都会带来难以预测的结果。有些地方的渔业可能会因为出现了新的高价鱼类而受益匪浅。但总体而言,这些变化带来的影响很可能是负面的。去年的一项研究表明,上世纪30年代以来,海水变暖已经导致可以通过可持续方式捕获的鱼类总量减少了4%。受影响最严重的是日本海,气候变暖导致当地渔业规模缩小35%,中国东海则下降8%。

图片: Manuel Bortoletti / 中外对话海洋

随着全球人口不断增长,未来渔获量下降将威胁大部分人口的粮食安全。联合国数据显示,鱼类为31亿多人口提供了至少20%的动物蛋白。鱼类还是脂肪酸和微量营养元素的重要来源。目前全球消耗的蛋白质有17%来自鱼类,随着发展中国家收入的增长,鱼类需求预计将继续增加。

翻译:YAN