海洋酸化研究研究概況

1、廣西師范學(xué)院課程論文論文題目： 海洋酸化研究概況學(xué)生姓名：何筱昕學(xué) 院：化學(xué)與生命科學(xué)學(xué)院專業(yè)年級(jí)：11化本二班課程名稱：環(huán)境化學(xué)成 績(jī)：教師簽字： 批改日期:海洋酸化的研究概況何筱昕廣西師范學(xué)院化學(xué)與生命科學(xué)學(xué)院11化本二班摘要：二氧化碳的大量排放不僅導(dǎo)致了全球氣候變暖，也使海洋酸化 程度加劇。本文分析海洋酸化的成因，闡述海洋酸化的危害，介紹 國(guó)內(nèi)外對(duì)海洋酸化問題的研究進(jìn)展；提出控制海洋酸化的舉措。 關(guān)鍵詞：海洋酸化；二氧化碳；生態(tài)系統(tǒng)2003年，“海洋酸化”這個(gè)術(shù)語(yǔ)第一次出現(xiàn)在英國(guó)著名科學(xué)雜志 自然上。海洋酸化的定義比較簡(jiǎn)單，也容易理解：由于海洋吸收 人類活動(dòng)排放的一些化學(xué)物質(zhì)，包括碳，氮

2、，硫的化合物而引起的海 洋pH值的持續(xù)降低【2】。海洋酸化的成因分析人類排放到大氣中的CO2主要來源于化石燃料的燃燒、水泥的 生產(chǎn)、農(nóng)業(yè)以及森林的砍伐。據(jù)統(tǒng)計(jì)：2008年人類排放的CO2約達(dá) 到100億t，其中來自化石燃料燃燒和水泥生產(chǎn)產(chǎn)生約8.7 士0.5億t ;砍伐森林產(chǎn)生的CO2為1.2 士 0.7億t ;工業(yè)革命以來，累 計(jì)人類CO2產(chǎn)生5600億t，其中不到一半的碳留在空氣中【3】。大氣中CO2超過30%被海洋吸收，也就是說，正是海洋的存在 延緩了由CO2引起的全球變暖速率，但同時(shí)也導(dǎo)致了海洋自身的酸 化【4】。根據(jù)報(bào)道，進(jìn)入到大氣的 CO2濃度已經(jīng)從280卩L/L（ 1750 年）

3、，上升到目前的383卩L/L ,這個(gè)水平是65萬年內(nèi)的最高水平， 并且在本世紀(jì)還會(huì)以每年 0 . 5%的速度遞增。對(duì)應(yīng)于大氣 CO2濃 度的上升，與工業(yè)革命前相比海洋的pH值目前已經(jīng)下降了 0 . 1個(gè)單位，并且到本世紀(jì)末將再下降 0 . 4個(gè)單位，到2250年下降 0. 7個(gè)單位【5】。海洋吸收CO2的直接后果就是增加氫離子的含量， 這也是pH值降低的主要原因，根據(jù)最近的研究，在過去巧0年中,HaCOI = H+HCCr HCOf =+（；過量p_|j 1的二氧化碳溶解人海水，導(dǎo)致了海洋的pH平均值從8.2下降到7.9 可見,海水的確正在變酸。另一個(gè)后果則是增加了碳酸和碳酸氫根離海洋通過海水

4、表面吸收大氣中的二氧化碳，隨后二氧化碳與水O.lflf反應(yīng)形成碳酸。這種弱酸大部分電離為氫離子和碳酸氫根離子。 其中 一些碳酸氫根離子還可以繼續(xù)電離產(chǎn)生氫離子，町2次電離產(chǎn)生的氫離 子升高了海水中氫離子的濃度，即降低了海水的pH,使得海洋酸化， 具體過程可用以下方程式表示：1創(chuàng)I表層綁水Hl F降趨孫側(cè)海洋酸化的危害2.1對(duì)海洋生物的影響2.1.1對(duì)鈣化生物的損壞海洋中有兩種富含鈣的巖石：文石和方解石，海洋中的碳酸鈣就是 由這兩種巖石溶解而來的。海洋中的動(dòng)物性浮游生物（翼足類）和珊瑚 通常利用文石的碳酸鈣構(gòu)成身體的支撐結(jié)構(gòu)，非常堅(jiān)硬；而植物性浮游生物（圓石藻類）及有孔蟲的身體支撐結(jié)構(gòu)則是利用方

5、解石的碳 酸鈣構(gòu)成的。由于文石的溶解性比方解石更好，因此翼足類和珊瑚可能會(huì)更早受到海洋酸化的影響。以珊瑚為例，珊瑚看似是植物，實(shí)則為動(dòng)物。當(dāng)海洋酸化時(shí)，碳酸 根離子減少，形成珊瑚骨骼的材料減少，珊瑚生長(zhǎng)減慢；當(dāng)海水中碳酸 鈣濃度低于飽和點(diǎn)后，珊瑚已形成的骨骼就會(huì)溶解以補(bǔ)償碳酸鈣的不 足。2.1.2 對(duì)非鈣化類生物的影響海洋酸化對(duì)非鈣化光合生物與非鈣化動(dòng)物也會(huì)產(chǎn)生影響，如促進(jìn)藻類與浮游動(dòng)物的呼吸作用，影響藻類的無機(jī)碳獲取機(jī)制，動(dòng)物受精 過程及魚類嗅覺系統(tǒng)等.海洋酸化對(duì)魚類的多種感覺器官，如嗅覺、 化學(xué)感覺和聽覺等均會(huì)產(chǎn)生不同程度的影響 .實(shí)驗(yàn)結(jié)果展示，酸化 環(huán)境中長(zhǎng)大的魚比正常條件下長(zhǎng)大的同類較

6、易被敵害捕食 。例如破 壞魚類的嗅覺系統(tǒng)，改從而變化學(xué)信號(hào)介導(dǎo)的仔魚行為。 同樣在小丑 魚實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，C02濃度提高到700 mol/mol時(shí)，4 d后其仔魚行為 學(xué)和對(duì)照組出現(xiàn)明顯差異，將近50%的仔魚失去判斷能力（主要包括 攝食和躲避敵害）；而在850卩mol/mol下，所有仔魚從第2天就 其失去躲避捕食的能力【6】。另外，魚類的生物電場(chǎng)與電（磁）感受能力也可能會(huì)受水中H+濃度 增高的影響，為此，海洋酸化可能會(huì)影響魚類利用電場(chǎng)的生理及行 為，如洄游、攝食和繁殖等行為 刀。2.2對(duì)人類經(jīng)濟(jì)社會(huì)生活的影響正如科學(xué)界所認(rèn)識(shí)的那樣：“海洋酸化因人類活動(dòng)導(dǎo)致，反過 來對(duì)人類社會(huì)產(chǎn)生影響”。海水pH值下

7、降將直接影響到人類社 會(huì)的食物供給、經(jīng)濟(jì)利益和生活方式2.2.1海洋漁業(yè)海洋酸化對(duì)海洋生物產(chǎn)生的影響，直接影響到海洋生物資源的數(shù) 量和質(zhì)量，導(dǎo)致商業(yè)漁業(yè)資源的永久改變，最終會(huì)影響到海洋捕撈業(yè) 的產(chǎn)量和產(chǎn)值，并威脅數(shù)百萬人口的糧食安全。海洋酸化是影響漁業(yè) 生產(chǎn)的一個(gè)重要因素，在影響漁業(yè)生產(chǎn)的各種復(fù)雜關(guān)系中，漁業(yè)生產(chǎn) 的經(jīng)濟(jì)產(chǎn)值受海水化學(xué)性質(zhì)變化影響的部分有多大，目前還沒有令人信服的預(yù)測(cè)。但鑒于全球漁業(yè)總產(chǎn)量中海洋捕撈量逐年遞減的趨勢(shì)以 及生態(tài)系統(tǒng)的潛力和人類適應(yīng)氣候變化措施的加強(qiáng)，人們可以合理的 假設(shè),與海洋酸化有關(guān)的直接影響可能增加海洋漁業(yè)生產(chǎn)成本約10%,每年大約100億美元。2.2.2珊瑚

8、礁旅游業(yè)珊瑚礁是海洋生物的重要棲息地，是防護(hù)海岸線、抵御風(fēng)浪侵蝕的天然屏障，也是濱海旅游和潛水等娛樂活動(dòng)的理想場(chǎng)所。珊瑚礁旅 游與海岸線防護(hù)作用的單位價(jià)值各地區(qū)有很明顯的差異。據(jù)聯(lián)合國(guó)環(huán)境規(guī)劃署（UNEP）2001年估計(jì),世界熱帶海洋珊瑚礁的面積約 284 300 km2,若假定珊瑚礁每年產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)產(chǎn)值為10萬美元/a#km2,那么世界范圍珊瑚礁的經(jīng)濟(jì)產(chǎn)值約為 300億美元/a（此估算與上述漁業(yè)生產(chǎn) 的產(chǎn)值有一定重合）。這些產(chǎn)值中有很大一部分將來可能因水溫上升、 污染和包括海洋酸化在內(nèi)的環(huán)境變化而面臨著危險(xiǎn)。這些珊瑚礁將來 如何隨這些環(huán)境因素的變化而變化，我們還不了解，因而現(xiàn)在的模型 還不能區(qū)

9、分海洋酸化及其它環(huán)境壓力對(duì)珊瑚礁的作用。但是，現(xiàn)在我 們可以肯定的是，在本世紀(jì)或下一世紀(jì)，海洋酸化將是影響魚類種群 和珊瑚礁生長(zhǎng)的重要因素。有人估計(jì)認(rèn)為，海洋酸化每年造成的經(jīng)濟(jì) 損失將以百億美元計(jì)正如科學(xué)界所認(rèn)識(shí)的那樣：“海洋酸化因人類活動(dòng)導(dǎo)致，反過來對(duì)人類社會(huì)產(chǎn)生影響”。海水pH值下降將直接影響到人類社 會(huì)的食物供給、經(jīng)濟(jì)利益和生活方式。控制海洋酸化的方法從根本上遏制海洋酸化，有兩種辦法，一是利用大規(guī)模的工程手 段中和海洋酸性，二是控制二氧化碳的釋放。加大對(duì)CO2回收和利 用的研究力度。目前一種新型的技術(shù)手段在實(shí)驗(yàn)室中已被研發(fā)出來， 即用環(huán)氧烷烴和二氧化碳為原料合成環(huán)碳酸酯。環(huán)碳酸酯經(jīng)濟(jì)價(jià)值

10、較高且用途廣泛，可用于清潔及萃取分離，還可作為高能密度電池 （如鋰電池）。海洋酸化研究展望海洋研究科學(xué)委員會(huì)（SCOR）政府間海洋學(xué)委員會(huì)（IOC）和國(guó)際 原子能機(jī)構(gòu)（IAEA）海洋環(huán)境實(shí)驗(yàn)室等國(guó)際組織，已將海洋酸化問題研 究列為國(guó)際合作的重點(diǎn)領(lǐng)域，一方面在國(guó)際地圈與生物圈計(jì)劃（IGBP）一類的現(xiàn)有計(jì)劃中增加海洋酸化問題研究的比重，另一方面制定了如海洋生物地球化學(xué)和生態(tài)系統(tǒng)綜合研究(IM-BER)等新計(jì)劃,開展與海 洋酸化問題相關(guān)的研究。美國(guó)、歐洲、日本、韓國(guó)、澳大利亞等國(guó)家 亦加強(qiáng)對(duì)本國(guó)海洋酸化問題研究的支持力度。參考文獻(xiàn)【1】但世輝，王向東.二氧化碳的另一面一海洋酸化【NJ .化學(xué)教 育.

11、2013(9).【2 Guinotte J M ， Fabry V J . Ocean acidification and itspotential effects on marine ecosystems. Annals of the NewYork Academy of Sciences , 2008, 1134: 320-342 .【3 Scott C. Doney, William M. Balch, Victoria J. Fabry etal. Ocea nacidificati on, a cirtical emerg ing problem for theocea n scie

12、 nesJ.Ocea no graphy,2009,22(04).【4劉洪軍，張振東，官曙光，于道德，鄭永允.海洋酸化效應(yīng)對(duì)海水魚類的綜合影響評(píng)述. 生態(tài)學(xué)報(bào)，2012, 32( 10) : 3233-3239.【5 Caldeira K , Wickett M E . Oceanography: anthropogenic carbon and ocean pH . Nature , 2003, 425( 6956) : 365-365【6 MundayP L, Dixson DL, Donelson J M, Jones GP, Pratchett MS, Devitsina GV, D ving K B. Ocean acidification impairs olfactorydiscriminationa