其他二氧化碳的问题

地球上80%的生物正在受到全球变暖的攻击“邪恶的双胞胎”:海洋酸化。的gases in the atmosphere and dissolved in the ocean are in equilibrium, meaning that as the carbon dioxide concentrations in the atmosphere increase, those in the ocean do too. Approximately 27% of the carbon dioxide released from burning fossil fuels and deforestation since the industrial revolution has been taken up by seawater.

最初这被认为是一件好事,删除一些人为的二氧化碳从大气中限制其加热地球的能力。但大约15年前,科学家们意识到,这个多余的碳dioxode海洋碳酸盐岩的化学变化。当你添加二氧化碳形成碳酸水,”解释道卡罗特尔普利茅斯海洋实验室的资深科学家,英国坐标英国海洋酸化研究计划。然后通过一系列的其他化学反应导致释放氢离子使pH值降低,”她补充道。

单位的pH值下降了0.1(从8.2到8.1)自工业革命以来,”特里说。这是一个对数刻度,这意味着酸度增加约30%。

海洋酸化一词也用来弥补其他影响,增加二氧化碳浓度对海洋和海洋生物。这包括碳酸氢盐离子(HCO的增加₃^{- - - - - -})浓度和降低碳酸根离子(有限公司₃^{2 -}),发生在海水的级联反应的结果发生在过量的二氧化碳溶解在里面。碳酸根离子的减少,需要构建方解石和霰石碳酸钙的多晶型物,令人担心的是许多海洋生物需要他们保持贝壳和骨骼完好无损。损害一些基于碳酸钙的海洋生物,如珊瑚礁,牡蛎幼虫和海蜗牛,在二氧化碳浓缩水已经出现在世界的某些地方。

从过去学习

在地球的历史,大气二氧化碳浓度,因此海洋之前一直很高。因此海洋之前一直很低的pH值和碳酸盐化学平衡不同的今天。“什么是史无前例的——据我们所知,在过去的6500万年里变化的速度,“有机地球化学解释道丹妮拉施密特来自英国布里斯托尔大学的。据估计,目前海洋酸化发生近10倍在过去6500万年的任何时候。

海洋化学是自然缓冲机制如碳酸盐沉积在海底的解散。但这些机制不能跟上当前的变化率。如果发生了超过10000年,地球的系统缓冲区,”特里说。现在正在发生的事情不会很快被缓冲;它将是成千上万年了。”

变化的速度也非常关心某些海洋生物的未来,因为他们需要足够缓慢发展和新条件下茁壮成长。对一个生态系统和它的适应能力,变化的速度是至关重要,”施密特说。

许多科学家,包括施密特,正在寻找化石的生物活在过去的海洋酸化事件帮助预测生态系统会如何反应。我们看看生态系统的反应是以往酸化事件,看看我们可以学习,”她说。pH值的变化可以确定通过分析硼同位素的比率在不同年龄的化石。钙化的变化发生在这些事件也可以评估,是否可以确定某些物种灭绝。一段时间大约5600万年前,被称为Paleocene-Eocene热最大特别感兴趣的是,这是最后一次地球的二氧化碳含量急剧上升。

最令人兴奋的事情我们所做的就是采取化石的同步加速器在瑞士,”施密特说。这些化石的有孔虫活着Paleocene-Eocene热最大,和另一个稍微不那么戏剧性的全球变暖事件5300万年前,从海底钻纳米比亚。这个物种的单细胞生物仍然存在于今天的海洋。使用同步加速器断层,施密特的团队重建生物化石的壳壁厚度。然后他们获得pH值相同的标本。我们花了一个化石告诉我们整个故事,”她说。

这项研究的结果是反直觉的:厚壁观察时最低的博士”这表明一些物种应对机制通过增加钙化与成本其他生理参数,”她说。出来的这项工作的主要信息是,如果你(海洋酸化)相对缓慢,生态适应。如果你做得非常迅速,我们可以看到灭绝。”

长期时间序列

自1988年以来,直接测量海水的pH值,溶解无机碳浓度和总碱度near-monthly基础上已在相同的位置在大西洋和太平洋。然后使用这些值来计算二氧化碳的分压(pCO)₂)和碳酸氢盐和碳酸根离子浓度。

的大西洋百慕大时间序列研究(蝙蝠)和夏威夷海洋时间序列(热)都记录在酸度和pCO显著增加₂表面海水采样测量以来区域。

热的采样位置计划是车站迎宾(方便叫长期营养不足的栖息地评估),瓦胡岛以北115公里在美国夏威夷州,团队成员解释说罗杰·卢卡斯。他在这工作时间系列开始以来。我们选择该网站是巨大的深海区域的代表在夏威夷,”他说。

大约一个月一次,一个研究船花费四天在这个网站收集样本和数据。团队在25核心参数测量每个访问各种不同的海洋研究目的。所需的水样收集海洋酸化研究采水使用,24瓶,每个持有12升,卢卡斯解释道。取样器是降低电缆和瓶子可以从实验室机载远程开启和关闭。“大约16投在每个车站迎宾巡航,”他说。

我们收集完整的垂直剖面从表面一直到靠近大海的底部,这是约4850在车站迎宾,”解释道马太福音教会,热计划的首席研究员。我们收集样本在25到30离散深度和测量海水pH值,溶解无机碳浓度和总碱度在所有这些不同的深度。

pH值测量板载船使用pH-sensitive染料和分光光度计。样品溶解无机碳和总碱度是保存在海上停止生物活性,然后分析了在实验室在干燥的陆地上。

获得更广泛的观点如何海洋pH值和碳酸盐化学改变随着时间的推移,美国国家海洋和大气管理局(NOAA)是运行一个大型海洋酸化观测计划。我们38系泊站在整个世界的解释道理查德•费利,美国国家海洋和大气管理局的海洋化学家在西雅图太平洋海洋环境实验室。这些自动系泊设备的传感器连续化学和物理参数的测量。系泊的数据给我们高分辨率时间序列在固定地点,”他说。这些锚是位于美国海岸和开放的海洋。

NOAA还经营区域研究邮轮相同参数的测量以及美国的东部,西部,墨西哥湾和阿拉斯加海岸。这些邮轮每四年重复一次。我们去大约100站在这些区域邮轮,”他说。所以我们得到非常详细信息的条件是怎样变化的。”

费利也主持美国贡献全球GO-SHIP计划,协调一系列全球研究邮轮。这些游轮旅行过长部分的全球海洋和重复大约每10年,他解释说。每个巡航收集样品在200左右的位置,大约35英里。我们一直在做重复水文学邮轮自1980年代末以来,我们已经能够看到海洋的化学成分变化在年代际时间尺度上,”他说。

对海洋生物的影响

海洋生物在美国西海岸,非洲西海岸和秘鲁已经西海岸的迹象在这些地区的水酸度上升。在这些地点风力洋流导致深水层——二氧化碳的自然高于地表水层冒出海面。这种自然的结合上涌过程和人为海洋酸化在这些地区正在推动水的pH值降低到足够低,生物开始出现负面影响。这使得科学家们一窥未来的全球生态系统如何行为如果全球海洋二氧化碳浓度持续上升。

这不是好消息。2007年,幼虫在美国西海岸的牡蛎孵化场开始以前所未有的速度死亡,推行了一套价值几百万英镑的产业崩溃的边缘。这个问题追溯到当地海洋酸度的变化。努力监测海水的pH值,并关闭的水流入牡蛎孵化场当pH值开始下降,现在减轻这个问题。

与此同时,他和他的同事们收集的证据溶解的碳酸钙海洋蜗牛的壳被称为翼足类动物在克鲁斯2011年美国西海岸。海洋蜗牛被网收集,和pH值测量和其他相关参数,在不同的位置在这个地区。抽样地点被酸化的海水,严重的观察解散。我们现在看到的海洋酸化影响海洋翼足类动物,”他说。“如果壳海洋生物的生活开始溶解,这是一个威胁到生物的生存,因此威胁到生态系统,因为他们是高级生物的重要食物来源。

然而,它不仅仅是海水的pH值下降导致这些蜗牛壳溶解,牡蛎幼虫的死亡,还是其他任何负面海洋酸化对海洋生物的影响的报告。我们不能说所有海洋酸化影响生物体是由水引起的pH值变化——这太简化,“海洋生物学家说Hans-Otto Portner在阿尔弗雷德韦格纳研究所,亥姆霍兹极地和海洋研究中心在不来梅港,德国。当从海洋中二氧化碳扩散到海洋生物造成类似的化学变化发生在海水本身。其血液中浓度增加,血液pH值和碳酸盐浓度减少,Portner说。这是一个复杂的画面,结果。体液的碳酸盐离子的减少可用性阻碍了蜗牛的重建能力例如,贝壳和额外的二氧化碳影响生物体中各种不同的内部系统。与全球变暖有关的其它因素,如水温上升,也增加了并发症。

2011年,Portner 167年和他的同事进行了一项荟萃分析研究不同物种的敏感性在海水中二氧化碳浓度的范围。他们看着五个动物群体——珊瑚、甲壳类动物、软体动物、鱼和棘皮动物如海星,海胆,发现他们都遭受高二氧化碳浓度,但通过改变数量。不同的物种有不同的防御能力,和弥补,海洋酸化,Portner解释道。这种适应能力,最终确定哪些物种生存当前pH值变化率。Portner的荟萃分析显示,温水珊瑚、软体动物和棘皮动物更敏感的高二氧化碳浓度比鱼和甲壳类动物。

但对于生物体完全依赖碳酸氢离子,和不需要碳酸根离子,很多可能在更多的酸性水。的碳酸氢盐可能方便一些浮游植物或macroalgae光合,”特尔解释道。然而,一些物种混得很好,并不总是有利于生态系统。”

展望未来

人们认为2400万吨的二氧化碳被海洋吸收每一天。化石燃料已经预言,如果继续燃烧和森林砍伐的速度,海洋pH值将减少大约0.3单位进一步的世纪。如果我们继续照常营业,海洋酸度将增加100 - 150%,到2100年,”特里说。

所有的证据表明,这将导致海洋生态系统越来越多样化,她说。“地球上有十亿人依赖海洋蛋白质作为他们唯一的蛋白质来源,我们需要开始质疑海洋可以继续提供相同的食品质量。

减少大气中二氧化碳的数量,因此海洋,这是唯一的办法停止海洋酸度的变化。“如果我们想要停止酸化,或慢下来,我们要减少二氧化碳排放,”特里说。地球工程的方法消除大气中的二氧化碳也能提供帮助。

这些碳捕获和存储的最有前途的,她说。这将涉及捕获的二氧化碳排放量炼油厂和fossil-fuel-fired发电站和注射回石油和天然气井。成本问题,政治风波和担忧未来的泄露存储站点目前阻碍了这一技术的发展。还有多少容量的问题我们确实有在技术上是可行的,但是这是一个激动人心的工程挑战,”施密特说,世卫组织还希望未来的地球工程的方法。

如果你考虑所有的工程在世界上发生了变化,在过去的100年里,如果我们投资这个能量能力应对气候变化和海洋酸化,我敢肯定我们能。”

尼娜Notman位于索尔兹伯里的科学作家,英国