海洋呼吸困難

編譯 希區客

幾十年前，公海的捕魚者首先注意到了這個奇怪的現象。它發生在陰影區域，也就是大洋流之間海水不循環的地方，靠近秘魯、西非和加利福尼亞的海岸。漁民們在圈內分享自己的發現，一個能降低成本提高創收的發現：陰影區的魚群在某些情況下會游到更靠近海面的地方，這使它們更容易被捕捉。

鱗光閃閃的魚群向上行進，因為離海面近的地方氧氣豐富。漁船之福音實為魚群之災禍，低氧量的陰影區正在擴大，動物們的棲息地正在縮小，它們不得不向上游動，試圖喘上氣。

科學界直到21世紀頭十年的后期才認識到正在發生的問題。研究人員觀察夏威夷、百慕大和北太平洋的幾個研究站的時間序列數據，注意到全球海洋在過去很長一段時間內——可能已經有半個世紀——持續丟失氧氣。陰影區的海洋環流不夠強勁，海洋生物稀少，被稱為最小含氧區（OMZs）。科學家發現這些區域正在擴大，海洋也正在系統性地脫氧。

除了保障海洋野生動物的生存，氧氣水平也反映地球健康情況，而與海洋酸化等生態危機不同的是，脫氧是一種不可能被生物適應的變化。

研究人員表示，全球海洋于20世紀60年代至21世紀10年代損失了2%的氧氣，這一脫氧速度將令海洋在幾千年內完全缺氧，成為大多數生命無法居住的空間。

脫氧原因是多方面的，不過主要在于大氣二氧化碳含量增加引起的全球氣候變暖。需要指出的是，即便我們眼下立刻停止這些糟糕的化石燃料燃燒，切斷碳排放的主要途徑，海洋仍將在未來幾十年內繼續受到影響。因為深海供氧的主要機制之一是海洋環流，但海洋環流已經由于變暖而變緩（密度更大的冷水才更容易下沉），如果碳排放停止，地表水內的含氧水平可能會迅速恢復，然而深海地帶的脫氧趨勢無法快速扭轉。鑒于已經排放的物質及其對地球的二次影響，全球深海有可能失去至少10%的氧氣，這對遠洋鯊魚和金槍魚等物種來說簡直是災難，因為它們的高代謝水平使它們無法耐受哪怕是輕微程度的氧氣減少。

德國基爾亥姆霍茲海洋研究中心（GEOMAR）的研究員安德烈亞斯·奧施利斯（Andreas Oschlies）開展了30年的海洋研究。在他看來，未來海洋的真實變化如何還遠未可知，因為預測生物地球化學變化的海洋脫氧科學模型過于樂觀：現場觀察到的變化量是模型預測的2倍。換言之，海洋窒息的速度可能是科學家預期的2倍。

在大約3.6億年前的泥盆紀晚期滅絕事件中，地球上75%的物種，比如圖里的這些鄧氏魚（Dunk leosteus），永遠消失了

19世紀后期，尚處早期階段的海洋研究就開始測量氧氣含量。一些身兼科研任務的船只，例如由倫敦皇家學會贊助的英國海軍研究艦艇挑戰者號，在公海拖網時，船上的研究人員會盛幾桶水并測量其含氧水平。他們對氧氣本身并不感興趣，只是以此作為標記來確定海洋如何循環：氧氣含量會告訴他們海水最后一次接觸大氣的時間，因為水是通過其表面吸收氧氣的。海洋從大氣處吸收的氧氣較少，原因在于氧氣在較溫熱的水中溶解度較低；此外，隨著海洋溫度升高，動物和微生物的呼吸速率增加，含氧量也將減少。

海洋中的部分生物也能通過光合作用產生氧氣，這類過程主要在能接收到陽光的上層區域展開——陽光透射到這里，被植物和動物吸收。海洋流通將這種氧氣輸送到深處。全球海洋其實是重要的氧氣生產者，不過海洋生物消耗了其中大部分。

海洋脫氧的另一個驅動因素乃是科學家所謂的富營養化，主要由含農業用氮和磷的徑流進入海洋引起。過剩的營養物質導致藻類大量繁殖，進而阻止陽光透過海洋頂層，使得需要陽光用于細胞呼吸和制造氧氣的生命死亡。這些藻類死亡后，會沉入海底并被細菌分解，分解過程也將消耗氧氣，令脫氧程度加劇。

為了解這些過程如何改變全球海洋，科學家正研究含氧量低或已經存在缺氧情況的區域。比利時列日大學水生系統建模研究組成員、應用科學博士瑪麗勞爾 ·格雷戈瓦（Marilaure Grégoire）調查了黑海的含氧水平。

黑海海平面以下超過100米的區域幾乎缺氧。由于黑海接收來自愛琴海含鹽量較高且密度較大的海水，故其下層與上層難以混合，這導致缺乏可將氧氣送至更深區域的流通條件。阿拉伯海和印度洋等地也存在類似黑海的缺氧問題，因此那些試圖利用有機物的細菌必須找到另一種氧化方式（被氧化的有機物失去電子），它們選擇求助于硝酸鹽，而硝酸鹽將在幫助細菌的同時轉化為一氧化二氮（另一種溫室氣體）。硝酸鹽類總量就那么多，在被細菌大量消耗后，就不足以供給浮游生物等潛在的初級生產者了。缺氧區的細菌用完硝酸鹽后，可能會轉向氧化鐵和氧化錳，甚至是硫酸鹽——將轉化為有毒氣體硫化氫。此種毒性于黑海深處發作，不直接對人類構成威脅。但近年來，法國布列塔尼海岸附近仰賴氮源的藻類大量繁殖，已導致多達6人因吸入硫化氫氣體而喪生。

海洋脫氧情況一旦惡化到突破某個臨界，可能會引發科學家所謂的“反饋”，也就是惡性循環。例如，在富營養化區，低含氧量會導致海洋底部的沉積物釋放磷元素，增強富營養化過程。又例如，波羅的海下沉積的來自“古老”洗衣粉（在至少20年前就被淘汰）的磷酸鹽也可能使富營養化加劇，導致更大程度缺氧。奧施利斯表示：“不斷加劇的缺氧導致更多的海底區域與缺氧水域接觸，更多的磷酸鹽從沉積物內釋放，令海洋更‘肥沃’，產生更多有機物，消耗更多氧氣，甚至進一步降低氧氣濃度。”

目前沒有明確的解決方案來幫海洋“還氧”。但與氣候變化問題類似，減緩海洋脫氧的唯一方法似乎就是消除其驅動因素，即化石燃料燃燒。其他解決方案包括引入某些能進行光合作用的微藻，在地表水中產出氧氣，以及建造巨大的海洋泵以便人為補充海水自然攪動抵御溫度變化引起的不良作用。奧施利斯指出，這些方法都還沒得到證實，甚至不大切合實際。

在大約3.6億年前的泥盆紀晚期，地球海洋的氧氣含量也曾急劇下降。格雷戈瓦說道：“泥盆紀的海洋普遍出現缺氧問題——上下分層、循環減慢、有機物質富集。”目前尚不清楚是什么原因導致了泥盆紀晚期普遍存在的海洋缺氧。科學家們懷疑全球降溫和火山活動或為罪魁禍首，其結果是顛覆生命世界的大規模滅絕事件：地球上大約75%的物種此期間永遠消失，生物多樣性被迅速摧毀。

有跡象表明，另一場大規模滅絕事件已經發生，動物（尤其是大型陸地動物）系統性地消失就是明證，而人類社會則在動物滅絕的同時繁榮昌盛。海洋脫氧與后工業時代的復雜化學足跡相互糾纏，令這場新災難更為錯綜復雜。碳排放不僅改變了季節循環和全球溫度，還令海洋生物窒息，人類以外的物種不斷失去棲息地，幸存者們茍延殘喘，掙扎呼吸。

資料來源 Nautilus