守护地球 善待海洋
  ——专家谈海洋环境面临的挑战与应对
中国自然资源报 2020年04月24日 第549期
  
  4月22日是世界地球日,主题是“珍爱地球人与自然和谐共生”。半个世纪前,环保人士怀着对地球的敬畏之心,发起了“地球日”活动。现今,世界地球日活动已发展至全球。

  然而,全球气候变暖、海平面上升、森林消失、物种濒危……地球母亲面临的问题依然严峻,尤其是覆盖地球表面积71%的海洋,更是面临诸多环境威胁。

本报记者 赵宁

快速减少的北冰洋海冰

  “北极气候变暖的速度是全球平均水平的2倍,北冰洋海冰的快速减少是地球表面发生的最显著变化之一。”中国极地研究中心研究员雷瑞波说,夏季北极海冰快速减少,导致北极岸线直接遭受海浪侵蚀,严重影响原住民的生活环境。

  雷瑞波指出,北极海冰的减少,不但改变北极的气候和生态环境,还会通过大气环流,对北半球中高纬度地区的天气气候过程产生重要影响。

  气候模式预估结果表明,2040~2060年,北冰洋很可能出现夏季无冰的现象。然而不同国家不同研究所给出的北极海冰预测结果差异较大。雷瑞波认为,海冰的快速减少,导致其与大气和海洋的相互作用机制发生了巨大的变化。由于观测的缺乏,这些变化很难在气候模式中得到合适的表达,这是引起北极海冰预测不确定性的最直接因素。“为了把脉北极气候环境的变化,探索北极海冰快速减少的机制,需要提升对北极天气和海冰的预报能力以及对气候的预测能力。”

  国际北极科学委员会的旗舰项目“北极气候研究多学科漂流冰站(MOSAiC)计划”于2019年9月正式启动。该计划涵盖了大气、海冰、海洋、生态和地球化学循环等学科,是迄今学科最为齐全和支撑能力最为强大的北极考察计划。MOSAiC计划将“极星”号破冰船冻结在北冰洋中心区域,随冰站漂流,至2020年10月,共分6个航段,开展为期一年的大气-海冰-海洋-生态系统各圈层相互作用的观测研究。除了“极星”号破冰船外,还有中国的“雪龙2”号等5艘破冰船提供后勤支撑。

  MOSAiC计划是至今参与国家最多的北极考察航次,我国是重要参与国之一。作为MOSAiC计划的中方现场协调人,雷瑞波参与了第一航段的现场考察。“我所在的课题组一共布放了包括‘无人冰站’在内的42个海冰浮标,并获得了一批宝贵的观测数据,这些数据将直接支持北极海冰快速变化机制和预测研究。”

不可小觑的“隐形杀手”

  白色污染已经成为全球性环境问题,各类塑料垃圾在环境中的累积严重危害生态资源和环境健康。

  “据估算,到2050年,海洋里塑料垃圾的总量可能会超过鱼类的总量。”自然资源部第一海洋研究所研究员孙承君说,目前全球每年生产的塑料超过3亿吨,其中,全球每年约有200万~800万吨的塑料垃圾进入海洋,大量海洋塑料垃圾的累积造成了极大的环境和资源安全问题。

  不仅如此,被称为“隐形杀手”的海洋微塑料(直径小于5mm,被称为海洋里的PM2.5)也在给海洋带来威胁。“微塑料影响生物的繁殖发育,并造成污染物的累积和沿食物链的传递。”孙承君说。

  据了解,自然资源部第一海洋研究所于2016年建立了海洋微塑料检测与环境效应研究平台,近年来在海洋微塑料监/检测技术和大洋微塑料调查中做了大量工作,进行了中国近海、大洋(包括印度洋、大西洋、太平洋)和南北极的微塑料分布调查研究,掌握了大量一手数据。此外,在海洋微塑料与典型污染物的复合污染研究、海洋微塑料对微藻及微生物的影响研究等方面也取得了较好的成果,为掌握和评估我国近海微塑料污染状况及其对生态安全的影响,提供了有力保障。

  “可以确定的是,从近海到大洋,从赤道到南北两极,从海洋表层到万米深海,微塑料无处不在。”孙承君说,目前应对海洋垃圾与微塑料环境问题仍面临较多挑战与困难,如海洋垃圾与微塑料基础数据还比较欠缺,动态跟踪监测不完整,系统评估海洋垃圾与微塑料污染和生态影响的基础薄弱,无法对其防治提供强有力的科研保障。

  “面对国际社会的关注和国内环境污染问题的严峻性,我们需要在基础调查研究以及政策法规等多方面加强塑料垃圾和微塑料污染防治,保护自然资源和生态安全。”孙承君说。

海洋酸化带来新威胁

  “海洋酸化使得海洋生物赖以生存的海洋化学环境发生了变化,从而影响到海洋生物的生理、生长、繁殖和代谢过程,破坏海洋生物多样性和生态系统平衡。”自然资源部第三海洋研究所研究员高众勇说。

  人类过度排放二氧化碳,不仅造成气温升高、全球变暖,也是导致海洋酸化的一个重要原因。二氧化碳溶于海水后形成碳酸,引发海水pH值和碳酸钙饱和度持续下降,这一过程即为海洋酸化。

  海洋是一个巨大的pH缓冲体系,在工业革命之前长达几千万年之久的时期内,海洋的pH值都保持相对稳定。但是工业革命后,人类活动使得大气二氧化碳浓度逐渐增高,部分二氧化碳被海洋吸收并溶解在海水中形成碳酸,从而降低了海洋的pH值。

  高众勇介绍,目前全球海洋正处于2300万年以来海洋酸化速度最快的时期,从最初的海洋表面到进入海平面下的500米、1000米,酸化范围也从较远海域扩展至边缘海区。太平洋、印度洋、大西洋近岸海域均不同程度出现了酸化现象,威胁着海洋生态环境与自然资源的可持续利用。

  “海洋酸化对海洋生物产生的影响,直接影响到海洋生物资源的数量和质量,导致商业渔业资源的永久改变,最终会影响到海洋捕捞业的产量和产值。”高众勇说,“首当其冲受到影响的就是近海贝类养殖业,因为贝类幼体的外壳易解体,从而对其成体也会带来影响,导致其发育迟滞,甚至死亡。”

  2010年,中国第四次北极科学考察深入到北纬88°26′的北冰洋中心海盆区,自然资源部第三海洋研究所利用此次纵深测量采样机会,发现了北冰洋20年来酸化水体向高纬度海洋及向深层的扩张。并将研究成果发表在《自然·气候变化》上,引起国际关注。

  “目前我国已经开始在南北极海区、中国沿海等建设海洋酸化观测网络,包括在各重点海区监测海洋酸化趋势、研究海洋酸化带来的生物反应、收集数据并根据电脑模拟模型预测和预警海洋中的化学成分变化趋势三个方面。并将之作为全球海洋酸化观测网络及全球海洋立体观测网的组成部分。”高众勇说,“这可为海洋防灾减灾、海洋污染防治和生态环境保护等提供重要的海洋观测数据与科技支撑。”

海洋生物面临危机

  来自《美国国家科学院院刊》上一项研究表明,如果气候变化继续沿着目前的趋势不变,那么到本世纪末,海洋可能会损失大约六分之一的鱼类和其他海洋生物。

  据统计,地球上80%的生物资源来源于海洋,其中很大一部分可供我们食用。然而,海洋生物带给人类的远不止这些。

  自然资源部第一海洋研究所研究员郑立告诉记者,除了作为食物来源,海洋生物资源还是重要的医药和化工原料,海参、海马、海龙、珊瑚等100多种海洋生物很早就作为中药被收载,从海洋藻类中提取的琼胶、卡拉胶、褐藻胶等多糖则是开发功能食品、海洋药物、有机肥料及印染、造纸、环保领域的重要生产原料。此外,海洋中的微生物资源也与我们的生活紧密相关,海洋中的微藻——螺旋藻和小球藻因其富含蛋白质和多种微量元素,被研制成保健品用于提高人体免疫力、降低胆固醇和血糖等;而生存于海洋极端环境(包括深海、热液和极地)中的微生物,具有抗压、嗜热或嗜冷、耐污染等特性,在工业和环保领域具有巨大的应用潜力。

  随着世界范围内工业时代的到来,人类的生产生活对海洋生态环境和生物资源产生了巨大影响,海洋生物资源的数量和质量在不断下降。

  “随着全球变暖,两极冰川融化,海平面上升,极区生物正逐渐失去栖息之地。”郑立说,自1970年以来,南极磷虾资源的数量已经减少了80%~90%,海水酸化则严重影响着具有碳酸钙外壳生物的生存,与20世纪50年代相比,珊瑚礁面积减少约80%,而无限度的围填海、过度捕捞、向海洋排放污染物等更是让海洋生物资源面临着巨大危机。

  郑立告诉记者,目前,自然资源部第一海洋研究所正在积极开展相关研究工作。例如,为了避免过度捕捞,以微生物资源为主体,开展极端海洋环境下生物适应性机制研究和抗逆相关的基因挖掘,评估它们在药用、农用和环保领域的应用潜力;为了恢复海洋生物资源,对海洋中的污染物,特别是新型污染物进行调查监测,研究其生物毒性和海洋生物资源的损害机制,以生物修复为主的方式消减污染物,通过修复生境来增加生物资源量。
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