海洋呼吸困难

编译 希区客

几十年前，公海的捕鱼者首先注意到了这个奇怪的现象。它发生在阴影区域，也就是大洋流之间海水不循环的地方，靠近秘鲁、西非和加利福尼亚的海岸。渔民们在圈内分享自己的发现，一个能降低成本提高创收的发现：阴影区的鱼群在某些情况下会游到更靠近海面的地方，这使它们更容易被捕捉。

鳞光闪闪的鱼群向上行进，因为离海面近的地方氧气丰富。渔船之福音实为鱼群之灾祸，低氧量的阴影区正在扩大，动物们的栖息地正在缩小，它们不得不向上游动，试图喘上气。

科学界直到21世纪头十年的后期才认识到正在发生的问题。研究人员观察夏威夷、百慕大和北太平洋的几个研究站的时间序列数据，注意到全球海洋在过去很长一段时间内——可能已经有半个世纪——持续丢失氧气。阴影区的海洋环流不够强劲，海洋生物稀少，被称为最小含氧区（OMZs）。科学家发现这些区域正在扩大，海洋也正在系统性地脱氧。

除了保障海洋野生动物的生存，氧气水平也反映地球健康情况，而与海洋酸化等生态危机不同的是，脱氧是一种不可能被生物适应的变化。

研究人员表示，全球海洋于20世纪60年代至21世纪10年代损失了2%的氧气，这一脱氧速度将令海洋在几千年内完全缺氧，成为大多数生命无法居住的空间。

脱氧原因是多方面的，不过主要在于大气二氧化碳含量增加引起的全球气候变暖。需要指出的是，即便我们眼下立刻停止这些糟糕的化石燃料燃烧，切断碳排放的主要途径，海洋仍将在未来几十年内继续受到影响。因为深海供氧的主要机制之一是海洋环流，但海洋环流已经由于变暖而变缓（密度更大的冷水才更容易下沉），如果碳排放停止，地表水内的含氧水平可能会迅速恢复，然而深海地带的脱氧趋势无法快速扭转。鉴于已经排放的物质及其对地球的二次影响，全球深海有可能失去至少10%的氧气，这对远洋鲨鱼和金枪鱼等物种来说简直是灾难，因为它们的高代谢水平使它们无法耐受哪怕是轻微程度的氧气减少。

德国基尔亥姆霍兹海洋研究中心（GEOMAR）的研究员安德烈亚斯·奥施利斯（Andreas Oschlies）开展了30年的海洋研究。在他看来，未来海洋的真实变化如何还远未可知，因为预测生物地球化学变化的海洋脱氧科学模型过于乐观：现场观察到的变化量是模型预测的2倍。换言之，海洋窒息的速度可能是科学家预期的2倍。

在大约3.6亿年前的泥盆纪晚期灭绝事件中，地球上75%的物种，比如图里的这些邓氏鱼（Dunk leosteus），永远消失了

19世纪后期，尚处早期阶段的海洋研究就开始测量氧气含量。一些身兼科研任务的船只，例如由伦敦皇家学会赞助的英国海军研究舰艇挑战者号，在公海拖网时，船上的研究人员会盛几桶水并测量其含氧水平。他们对氧气本身并不感兴趣，只是以此作为标记来确定海洋如何循环：氧气含量会告诉他们海水最后一次接触大气的时间，因为水是通过其表面吸收氧气的。海洋从大气处吸收的氧气较少，原因在于氧气在较温热的水中溶解度较低；此外，随着海洋温度升高，动物和微生物的呼吸速率增加，含氧量也将减少。

海洋中的部分生物也能通过光合作用产生氧气，这类过程主要在能接收到阳光的上层区域展开——阳光透射到这里，被植物和动物吸收。海洋流通将这种氧气输送到深处。全球海洋其实是重要的氧气生产者，不过海洋生物消耗了其中大部分。

海洋脱氧的另一个驱动因素乃是科学家所谓的富营养化，主要由含农业用氮和磷的径流进入海洋引起。过剩的营养物质导致藻类大量繁殖，进而阻止阳光透过海洋顶层，使得需要阳光用于细胞呼吸和制造氧气的生命死亡。这些藻类死亡后，会沉入海底并被细菌分解，分解过程也将消耗氧气，令脱氧程度加剧。

为了解这些过程如何改变全球海洋，科学家正研究含氧量低或已经存在缺氧情况的区域。比利时列日大学水生系统建模研究组成员、应用科学博士玛丽劳尔 ·格雷戈瓦（Marilaure Grégoire）调查了黑海的含氧水平。

黑海海平面以下超过100米的区域几乎缺氧。由于黑海接收来自爱琴海含盐量较高且密度较大的海水，故其下层与上层难以混合，这导致缺乏可将氧气送至更深区域的流通条件。阿拉伯海和印度洋等地也存在类似黑海的缺氧问题，因此那些试图利用有机物的细菌必须找到另一种氧化方式（被氧化的有机物失去电子），它们选择求助于硝酸盐，而硝酸盐将在帮助细菌的同时转化为一氧化二氮（另一种温室气体）。硝酸盐类总量就那么多，在被细菌大量消耗后，就不足以供给浮游生物等潜在的初级生产者了。缺氧区的细菌用完硝酸盐后，可能会转向氧化铁和氧化锰，甚至是硫酸盐——将转化为有毒气体硫化氢。此种毒性于黑海深处发作，不直接对人类构成威胁。但近年来，法国布列塔尼海岸附近仰赖氮源的藻类大量繁殖，已导致多达6人因吸入硫化氢气体而丧生。

海洋脱氧情况一旦恶化到突破某个临界，可能会引发科学家所谓的“反馈”，也就是恶性循环。例如，在富营养化区，低含氧量会导致海洋底部的沉积物释放磷元素，增强富营养化过程。又例如，波罗的海下沉积的来自“古老”洗衣粉（在至少20年前就被淘汰）的磷酸盐也可能使富营养化加剧，导致更大程度缺氧。奥施利斯表示：“不断加剧的缺氧导致更多的海底区域与缺氧水域接触，更多的磷酸盐从沉积物内释放，令海洋更‘肥沃’，产生更多有机物，消耗更多氧气，甚至进一步降低氧气浓度。”

目前没有明确的解决方案来帮海洋“还氧”。但与气候变化问题类似，减缓海洋脱氧的唯一方法似乎就是消除其驱动因素，即化石燃料燃烧。其他解决方案包括引入某些能进行光合作用的微藻，在地表水中产出氧气，以及建造巨大的海洋泵以便人为补充海水自然搅动抵御温度变化引起的不良作用。奥施利斯指出，这些方法都还没得到证实，甚至不大切合实际。

在大约3.6亿年前的泥盆纪晚期，地球海洋的氧气含量也曾急剧下降。格雷戈瓦说道：“泥盆纪的海洋普遍出现缺氧问题——上下分层、循环减慢、有机物质富集。”目前尚不清楚是什么原因导致了泥盆纪晚期普遍存在的海洋缺氧。科学家们怀疑全球降温和火山活动或为罪魁祸首，其结果是颠覆生命世界的大规模灭绝事件：地球上大约75%的物种此期间永远消失，生物多样性被迅速摧毁。

有迹象表明，另一场大规模灭绝事件已经发生，动物（尤其是大型陆地动物）系统性地消失就是明证，而人类社会则在动物灭绝的同时繁荣昌盛。海洋脱氧与后工业时代的复杂化学足迹相互纠缠，令这场新灾难更为错综复杂。碳排放不仅改变了季节循环和全球温度，还令海洋生物窒息，人类以外的物种不断失去栖息地，幸存者们苟延残喘，挣扎呼吸。

资料来源 Nautilus