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大量的科学研究工作者就海水酸化对于珊瑚礁的生长影响展开研究

时间:2020-04-02 20:27

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导语:随着受到全球变暖的影响吗,有研究报道基于全球主要气候模型的回顾,假如按照目前的二氧化碳排放水平持续下去的话,到2100年几乎所有的珊瑚礁都会死去。因为过去的200年,由于工业化的发展,人类使用化石燃料和毁林等活动导致大气中二氧化碳浓度增加了36%并且保持着约0.5%的年增长速度,而其中的约30%被海洋所吸收,大气 CO2浓度升高会对海洋生物的钙化过程产生一定的影响,而大气 CO2浓度升高导致的海水pH 值降低会极大的改变海洋碳酸盐系统,导致海螺、珊瑚这样以碳酸钙为主要发育条件的外骨骼海洋生物就将面临被海水溶解的风险。

珊瑚礁由大量的碳酸钙骨架组成。本研究于2019年1月16日发表在Science Advances上,揭示了钙化过程的见解,即导致这些骨骼形成的过程。阐明珊瑚钙化是更深入了解和更好地预测珊瑚礁如何以及为何如何应对环境变化(如海洋酸化)的关键。

目前全球公海的珊瑚礁已经在海水酸化、水温升高、过度捕鱼以及海岸线污染的综合压力下备受打击。碳排放已经使海水的pH值降低了0.1个单位,这样对珊瑚礁造成了伤害,并阻碍了双壳类的生长能力。之前关于珊瑚礁大量消失的记录显示:酸化的海水会使珊瑚礁大面积死亡,但并不是全部消失。研究发现,如果想维护当前珊瑚礁生存的化学环境,所需采用的唯一办法就是尽快大规模地削减二氧化碳的排放量。大量的科学研究工作者就海水酸化对于珊瑚礁的生长影响展开研究。

通过结合显微镜和微传感器测量,我们能够直接测量Stylophora pistillata珊瑚小菌落钙化部位的钙,碳酸盐和pH值,并从中得出重要的碳酸盐化学参数。我们发现所有测量和衍生参数都高于珊瑚比周围海水中的珊瑚更重要。这表明珊瑚主动调节钙和碳浓缩机制的重要性,形成其骨架,主要作者Duygu Sevilgen说道,他是CSM的科学家,也是Max的前博士生-Planck-海洋微生物学研究所。

来自美国加利福尼亚州帕罗奥图市卡内基科学研究所的科学家研究了酸化的海水如何影响珊瑚礁的未来(Nature 437, 2005, 681–686)。他们分析了计算机模拟的来自全球13个课题组完成的实验成果。模型包括模拟在较高的二氧化碳水平下,未来海洋如何与大气环境相互作用。运用这种模型可以预测海洋中不同部分的pH值和温度的未来物理性状。科学家从而就能够计算出影响珊瑚礁的关键化学因素。珊瑚虫在溶解碳酸盐矿物质的作用下脱壳——即我们所说的霰石。但是当二氧化碳污染使海水持续酸化,化学反应将改变珊瑚虫所在水域碳酸盐的获取程度。这种获取程度就是它达到饱和的状态,通常这一状态被认为是在pH值3到3.5之间。

10bet备用网址官网,在活珊瑚样品中钙化部位测量这些关键参数(其中第一个晶体在它们融合以形成大块骨架之前形成)在技术上是非常具有挑战性的。以前使用微电极的研究已经盲目进行,并且受到微电极在钙化介质中正确放置的不确定性的阻碍。因此,今天的大部分知识都是基于死亡骨骼中的地球化学特征,而不是活珊瑚的测量。Sevilgen和她的同事通过使用体内显微镜将微电极定向到钙化介质中,克服了对珊瑚生理的干扰,克服了这些困难。多年以来,

由于CO2在水中的扩散速度比在空气中要慢10000倍,但是海洋中却蕴含着比大气高50 倍以上的溶解性无机碳。天然海水中, DIC 浓度大约为 2.3mM 并主要以 CO2(约0.014 mM)、HCO3-及CO32-的形式存在,三者之间可以相互转化而处于动态平衡,如何能够更好的了解海水中的二氧化碳、酸性、溶解性无机碳是如何影响珊瑚的成长的,来自于美国的特拉华大学的华裔科学家研究团队就这方面展开了相关研究(NATURE COMMUNICATIONS 2016, 11144 1-7 ),他们应用了微电极研究系统(丹麦unisense公司生产),通过使用碳酸根离子电极以及pH微电极测试了海洋环境中的珊瑚虫表面以及体内不同位置处的pH值以及碳酸根离子浓度变化情况,并结合其他相关测试技术,了解海洋内的二氧化碳扩散以及珊瑚体内的pH对于珊瑚体内溶解性无机碳浓度的影响,提出了关于珊瑚的钙化机制是如何应对因气候变化导致的海洋环境变化带来的生存压力。他们提出了珊瑚的钙化机制是如何受到 pH 值变化以及pH值的变化会影响到 CaCO3的饱和度,进而影响珊瑚的钙化速率。

CSM高级科学家亚历山大维恩进一步解释说:关于钙化流体的大量重要数据可以在珊瑚文献中找到。然而,通过不同方法获得的数值显示出很大的变异性。作为我们研究的第一步,我们将测量pH的两种方法(pH敏感的荧光染料和pH微传感器)和光学验证我们在同一时间和同时测量。通过这样做我们可以证明,当在同一时间和地点测量时,方法确实同意澄清先前发现的差异。这突出了在使用微传感器确保在珊瑚内正确放置时光学验证的有用性和重要性。

随着美国退出了温室气体排放协议,未来大量的碳排放的现象还是将继续存在,如何避免大量排放的温室气体给未来几十年给珊瑚礁的生死存亡带来巨大冲击?成为今后科学研究工作者关心的问题。如果任由温室气体大量的排放,会导致海洋中的所有的珊瑚礁都是生活在较低的酸性饱和度水域中,使得它们在劫难逃。

该研究提出了与未来微传感器和建模方法相关的重要见解,这些方法解决了珊瑚碳酸盐晶体形成过程中的碳酸盐化学和动力学问题。

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