多年來,海洋一直深受人為產生的二氧化碳的困擾。過多的二氧化碳不僅會導致海水酸化,還威脅著海洋生物和生態系統的健康。雖然科學家們已對此進行了很好的記錄,但沿海水域的酸化過程比較複雜,人們對其依然缺乏了解。
舉例來說,切薩皮克灣是美國東海岸最大的河口,其主幹多年來一直處於低氧和酸化狀態。與海水不同的是,導致切薩皮克灣河口酸化的罪魁禍首有兩個,一是化石燃料產生的二氧化碳;二是周圍土地養分輸入,刺激藻類劇烈分解釋放的二氧化碳。
有一種生物或許能夠幫助切薩皮克灣對抗海洋酸化,即水下水生植物(SAV)。雖然從20世紀60年代到80年代,整個海灣範圍內的SAV均呈下降趨勢,但從1984年到2015年,減少營養物和沈積物的措施已使SAV的覆蓋量增加了300%。
近日,為了解切薩皮克灣如何在夏季利用緩衝來減少水中的二氧化碳以及延緩酸化過程,美國德拉瓦大學、中國廈門大學等進行了一項研究。
他們發現,在海灣上遊和近岸海域,SAV床內植物的強光合作用可以移除海灣中的營養物汙染,使水的pH值升高,並提高碳酸鹽岩礦物的飽和狀態,有利於碳酸鈣礦物的形成。當這些碳酸鈣顆粒和其他生物產生的碳酸鹽外殼被運到下遊時,就會進入酸性的地下水域,並在那裡溶解。
溶解後的碳酸鹽礦物有助於「緩衝」海水的pH值降低趨勢。「就像人們服用藥物中和胃酸一樣,SAV床把碳酸鹽礦物送到了下灣來中和那裡的酸。」馬里蘭大學環境科學中心的Jeremy Testa說。
「上遊水域和近岸地區的淺水區可能有大量的水下水生植物。」德拉瓦大學地球學院海洋科學與政策學院教授Cai說。在這些地區,在夏季的陽光與營養物質的作用下,SAV床開始高速率的光合作用,使水的pH值增加,酸性降低。
因為pH值是如此之高,研究人員甚至能夠將植物表面的碳酸鹽顆粒刮下來進行分析。論文的共同作者倪超英(音譯)和姚宜琛(音譯)進行了礦物分析。倪超英是德拉瓦大學材料科學與工程系教授,也是凱克高級顯微分析中心(W.M. Keck Center for Advanced icroicroanalysis)主任,姚宜琛是材料工程專業的碩士研究生。
研究人員在薩斯奎哈納平原上遊的淺水區也發現了碳酸鹽,這使他們得出了這樣的理論:碳酸鹽是在一個地方形成——特別是在薩斯奎哈納平原的SAV河床——然後被運到了下灣。
研究人員表示,雖然他們的初步結果令人鼓舞,但接下來需要確定這些碳酸鹽顆粒是否真的被水流和潮汐帶到了下灣,如果是的話,其輸送速度是多少,又會在什麼條件下發生。他們想回到海灣,找出碳酸鹽形成和溶解之間缺失的聯繫。
「這是一件非常有趣的事情,」Cai說,「人們經常談論海洋酸化,卻很少談論什麼能抵抗它,什麼能對抗海洋酸化,而這就是我們想要發現的。」