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国际研究揭示基于海洋的气候干预手段对深海的影响

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  202339日,《科学》(Science)刊登了一项由斯克利普斯海洋研究所(Scripps Institution of Oceanography)牵头的国际研究小组完成的新研究,指出基于海洋的气候干预手段可能会破坏深海生态系统,须通过综合性研究框架考虑气候减缓规划中基于海洋的气候干预手段对深海的影响。 

  基于海洋的气候干预手段主要涉及碳封存技术、碳减排技术和降温技术。鉴于海洋表层和深海之间强大的连通性,对深海的影响将通过水柱和海底传递。该研究指出,全面采用基于海洋的气候干预手段将改变海洋表层的反照率和反射率。在海水中注入无机颗粒(如碳酸盐或硅酸盐)以提高碱度并改变反照率,或直接注入CO2 会改变混浊度和光场。人工上升流、海洋施肥和海洋“植树造林”将改变海洋表层颜色和反照率。降温技术将改变海洋层化作用和热量分布,进而改变中层水域过程,包括颗粒通量、垂直迁移、代谢率、幼虫分布、氧化作用和再循环速度,产生的连锁反应将波及海底。由此造成的浮游生物分布和生产力变化将影响生态系统的连通性和其他生物的食物供应。较小的无机颗粒和有机颗粒不太可能作为可监测的沉积物到达深海,但可能包含在下沉的颗粒中被输送至深海。海洋施肥、人工上升流和海洋热能转换很可能促进浮游植物生长,进而增加输送至海底的当地颗粒有机碳通量。与大型藻类种植相伴随的对氮和磷的大量吸收会加剧开阔海域养分限制,降低氮和磷循环速度,进而影响营养物化学计量比值和浮游植物成分或生产力。这些变化将改变深海有机物的供应、成分和可变性,导致食物网、群落和生物多样性出现变化,最终造成碳封存。大型藻类和作物废料下降时会释放颗粒或溶解性有机物质,从而改变中层水域及以下水域微生物生产、氧气消耗和食物供应。藻类和作物废料可能在到达海底后产生物理再悬浮和干扰,导致非自然数量的食物进入典型的低营养水平系统,抑制沉积物生物群的生长。由此引发的食物供应量增加将吸引大量食碎屑动物和掠食动物,并改变物种之间的相互作用。这些变化或将危及商业捕捞鱼类和无脊椎动物。 

  CO2过量和缺氧都会造成严重影响。在海底上方注入液态CO2会形成一层膜,起初会抑制生物群,稀释后则会对深海生物群产生不同影响。人工上升流和通过海洋施肥促进的浮游生物生产将增加中层水域的氧气消耗和CO2生成,将对中层水域生物行为、生长和生存产生负面影响。海底植物碎屑、大型藻类或作物废料的腐烂会消耗氧气。在氧气含量极低的情况下,大型动物的生物多样性将减少,缺氧对几乎所有多细胞动物而言都是致命的。严重缺氧的其他影响包括体型变小、大型动物数量减少、食肉动物丧失、生物扰动作用减少,动物群出现或消失。植物碎屑或海藻产生的有机物大量富集会产生对大多数生物群有害的硫化氢和甲烷。这些有毒气体的释放将显著改变基于海洋的气候干预手段所在地区的物种结构。此外,还会出现一些对深海生态系统的间接影响。在“增强海洋碱度”方法中采用硅酸盐材料可能会将相关的微量元素,例如镉、镍或铬释放到深层水域,进而影响深海生物群。将深海人工上升流作为大型藻类的营养来源也会加剧海洋酸化。与海洋“植树造林”相关的大型藻筏可能会作为传播载体将沿海污染物、微生物、寄生虫和其他相关物种引入开阔海域和深海。整体而言,这些变化将对深海提供的关键生态系统服务产生负面影响,包括碳和营养物循环、再矿化作用、中上层和底栖渔业生产,以及对受威胁或濒危物种的支撑。这些对碳通量、输送、转化和埋藏的间接影响须纳入尺度和有效性评估中,并纳入碳测量、核查和报告中。 

这些技术可能通过相互作用或与其他深海活动之间的作用在其他地区产生次生影响。关键在于建立一个综合治理框架,包含战略和环境评估、综合海洋管理技术和海洋空间规划等工具。根据“国家管辖范围以外区域海洋生物多样性的养护和可持续利用问题”(BBNJ)国际协定谈判,以及通过国家综合沿海管理进程设立的机构或将发挥作用。(薛明媚,吴秀平 编译)

  来源:中国科学院兰州文献情报中心《资源环境科学动态监测快报》2023年第06期

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