酸鹼度
酸鹼度描述的是水溶液的酸鹼性強弱程度,用pH值來表示。熱力學標準狀況時,pH=7的水溶液呈中性,pH7者顯鹼性。
pH範圍在0~14之間,只適用於稀溶液,氫離子濃度或氫氧根離子濃度大於1mol/L的溶液的酸鹼度直接用濃度表示。
海水pH值
海水pH值是測量海水酸鹼度的一種標誌。海水由於弱酸性陰離子的水解作用而呈弱鹼性。海水pH變化不大,一般在8.0~8.5之間,表層海水通常穩定在8.l±0.2左右,中、深層海水一般在7.8~7.5之間變動。
季節性變化
海水的pH變化主要是由二氧化碳(CO2)的增加或減少引起的。由於海洋佔了地球面積的80%,因此海水的pH值變化很小,因此有利於海洋生物的生長。海水pH值因季節和區域的不同而不同:夏季時,由於增溫和強烈的光合作用,使上層海水中二氧化碳含量和氫離子濃度下降,於是pH值上升,即鹼性增強,冬季時則相反,pH值下降。在溶解氧高的海區,pH值也高;反之,pH值就低。
晝夜變化
夏季:白天表層海水光照時間長,浮遊植物光合作用強度大於生物呼吸及有機質氧化分解強度,結果海水中出現CO2的淨消耗,pH值逐漸上升;午後3—4小時內,pH值幾乎達到最大值;晚間,光合作用停止,但呼吸作用和有機質降解作用照常進行,產生的CO2逐漸積累,海水pH值逐漸下降。冬季:由於水溫低,生物的光合作用與有機質的分解速率均下降,pH值的晝夜變化幅度比夏季小 。
海洋酸化現象
海洋與大氣在不斷進行著氣體交換,受海風的影響,大氣成分最先溶入海洋表層,在隨後的數個世紀中,這些成分會逐漸擴散到海洋的各個深度層。海洋酸化即海水由於吸收了空氣中過量的二氧化碳,導致pH值降低的現象。(全球海洋約每小時可以吸收一百萬噸的CO2)當大氣中過量的二氧化碳進入海洋中時,海洋就會酸化。科學家研究表明,工業時代到來之前,大氣中碳的變化主要是自然因素導致的,這種自然變化造成了全球氣候的自然波動。從工業革命開始,人類開採使用煤、石油和天然氣等化石燃料,並砍伐了大量森林,由於人類活動,至21世紀初,已經超過自然排放量,排出超過5000億噸的二氧化碳,這使得大氣中的碳含量水平逐年上升。人類活動釋放的CO2有超過1/3被海洋吸收,使表層海水的氫離子濃度近200年間增加了三成,到2012年海洋平均pH值下降了0.1,這表示海水的酸度已經比200年前提高了30%。如果按這個速度發展,預計到2100年海水錶層酸度將下降到7.8,到那時海水酸度將比1800年高出150%。
海洋酸化的危害
2003年,「海洋酸化」這個術語第一次出現在英國著名科學雜誌《自然》上。到2005年,研究災難和突發事件的專家詹姆斯·內休斯為人們進一步勾勒出了「海洋酸化」潛在的威脅。他的研究發現,距今5500萬年前,海洋裡曾經出現過一次生物大滅絕事件,而罪魁禍首就是溶解到海水中的二氧化碳,估計總量達到45000億噸,此後海洋至少花了10萬年時間才得以恢復到正常值水平。
首先受到影響的是浮遊植物,由於浮遊植物構成了海洋食物網的基礎和初級生產力,它們的「重新洗牌」很可能導致從小魚小蝦到鯊魚、巨鯨的眾多海洋動物都面臨衝擊。此外,在pH值較低的海水中,營養鹽的餌料價值會有所下降,浮遊植物吸收各種營養鹽的能力也會發生變化。其次,越來越酸的海水,還在腐蝕著海洋生物的身體,研究表明,鈣化藻類、珊瑚蟲類、貝類、甲殼類和棘皮動物在酸化環境下形成碳酸鈣外殼、骨架效率明顯下降。
魚類:海洋酸化會阻礙珊瑚礁的生長繁殖並導致依賴珊瑚礁作為家園的各種魚類受到影響,《美國國家科學院院刊》的最新報導:模擬了未來50~100年海水酸度後發現,在酸度最高的海水裡,小丑魚仔起初會本能地避開捕食者,但是發育中酸化海水會破壞它們的嗅覺系統,實驗表明,同樣一批魚在其他條件都相同的環境下,處於正常pH值的海水中,30個小時僅有10%被捕獲;但是當把它們放置在大堡礁附近酸化的實驗水域,它們便會在30個小時內被附近的捕食者斬盡殺絕。
珊瑚或將消失
2013年3月,日本一個研究小組在新一期英國《自然·氣候變化》雜誌上發表報告說,海水酸化越嚴重,擁有堅硬骨骼並且能夠製造珊瑚礁的珊瑚就越少,而柔軟的海雞冠則會增加。如果酸化過於嚴重,珊瑚有可能在21世紀末就消失。研究小組發現,當海水pH值平均為8.1的時候,珊瑚生長狀態最好。當pH值為7.8時,就變為以海雞冠為主。如果pH值降至7.6以下,兩者都無法生存。
死亡的珊瑚礁
氣候變得異常
海洋吸收過量溫室氣體造成的海水酸化,導致海中大陸架的珊瑚礁大量死亡,而這會造成低海拔島國,如吉里巴斯和馬爾地夫更容易為海潮所侵害。而海洋酸化具有潛在可能導致氣候變暖加劇的能力。《自然氣候變化》上的一項研究稱,海水pH值的降低導致了大氣硫元素減少,而海洋生物排放是大氣硫元素的最大天然來源(大氣中的硫元素能夠增強大氣對太陽輻射的反射率,從而降低地球表面溫度。)研究表明到2100年,海洋生物對硫元素的排放將下降18%左右,而這將額外引起顯著的輻射增強,地球溫度將上升0.23℃~0.48℃。這將間接加劇厄爾尼諾現象,暴雨,洪水,乾旱將會頻發。
食物和經濟危機
據估計,在有些水域,海洋的酸度已經開始到達貝殼開始溶解的程度。當貝類生物消失時,以這類生物為食的其他生物將不得不尋找別的食物,事實上人類將會遭殃。聯合國糧農組織估計,全球有5億多人依靠捕魚和水產養殖作為蛋白質攝入和經濟收入的來源,對其中最貧窮的4億人來說,魚類提供了他們每日所需的大約一半動物蛋白和微量元素。海水的酸化對海洋生物的影響必然危及這些人口的生計。
梵觀點:如果人類還不做出有效的應對,估計我們還能吃到生蠔的時間僅剩不多了。