海洋最后的机会

作者:黄刚

海洋现在一团糟。鱼群的数量已经减少了90%,珊瑚礁也消失了1/3,甚至还出现了几百个没有生命的死亡区。

避免有毒物质流入海洋

进入海洋中的污染物质多种多样,其中既有每年从高速公路流入海洋中的数百万升汽油,也有在太平洋垃圾带上旋转的海量塑料垃圾。但是,最具毁灭性的还不是这些,而是来自化肥和污水中的氮和磷。当大量含有这两种元素的污水流人海洋中时,就会造成海洋的富营养化,进而导致海藻大爆发,将海水中的氧气消耗殆尽,使海洋生物窒息而死。这种被称为“超营养作用”的过程已经在全世界的海洋中造成了至少405个“死亡区域”。

在发展中国家,城市生活污水是导致超营养作用的主要元凶。但是在欧洲、美国和中国,动物排泄物和化肥才是真正的罪魁祸首。仅在美国,每年饲养的约100亿只鸡、8000万头牛和1.49亿头猪会产生5亿吨排泄物,其中的绝大多数都被播撒到了田野里。此外农民们还要在种植过程中使用5500万吨合成化肥,这些动物排泄物和化肥中的很大一部分最终都随着水流进入了大海。

超营养作用是可逆的。例如,在20世纪80年代,黑海中存在着世界最大的死亡区域。但是随着苏联的解体,当地农民无法再获得并使用大量的合成化肥。这个死亡区域在1996年彻底消失了。

改进的废水处理工艺、更严格的动物排泄物管理都能对减轻超营养作用有所帮助。但是,最简单有效的方法还是放弃犁地。也就是说,当种植的时候农民根本不去理会去年种植的玉米留下的茬子和根部,而是采用现代条播机进行播种,并采用滴灌技术浇水和施肥。

对碳排放进行限制

在过去20年中,海洋的化学成分在以地质史上前所未有的速度发生着变化,海水的酸度增加了约30%。虽然这并不会使在海水中戏水的人们感到皮肤灼烧(至少不会很快如此),但是却使很多海洋生物的甲壳和外骨骼开始溶解,进而对整个海洋生态系统产生威胁。

海水酸化的原因很容易理解。从工业时代开始,人类活动释放到大气中的二氧化碳有1/4被海水吸收。长期以来,海水对二氧化碳的吸收都被看做是一件好事,因为这个过程等于给不断加速的全球变暖踩了一脚刹车。但二氧化碳溶解在海水中后,就形成了碳酸。

上一次海水的酸度增加到如此程度还要追溯到6500万年前,当时火山的活动使海水酸度显著增加,导致了物种的大灭绝。即使在那个时代,幸存下来的生物也花了几百年时间才适应了海水的酸度——如果不采取任何措施,今天海洋中的生物根本没有这么多时间来适应。

要制止海水酸化没有什么特别好的办法。最好、也是唯一可行的方法,只能是减少二氧化碳的排放。

修复水循环

随着气温升高,地球的水循环过程——海水蒸发后变成雨水降落下来,然后再次蒸发——也在加强,这也导致海水盐度的平均值不断升高,海水越来越咸。那些盐度最高的地方将变成海洋中的“沙漠”——由于盐度过高,没有生命能够在这些地方生仔。

迄今为止,科学家几乎没什么方法可用于逆转水循环增强。但是,一种名为海洋热能转化(OTEC)的技术也许能有所帮助。从20世纪70年代开始,工程师们就开始尝试将海洋深处寒冷的海水抽到温暖的海面。他们认为海水的温度差会形成热机作用,可以生成能量。当在较大层面上应用时,OTEC技术将带来有益的副作用——将表层海水的温度降低。

在那些盐度最高的区域,将深层海水抽到表面也许能帮助创建出富含生命的乐园。2002年,日本东北大学的研究人员就一个“永久性盐喷泉”进行了试验。一根细管将盐度更低的深层海水抽到盐度较高的海水表面,寒冷的深层海水从管子的底部进入,温度逐渐升高,最后在海面上被喷出来。

尽管变得温暖,这些海水依然具有较低的盐度,而且富含能促进浮游植物生长和光化作用进行的营养物质。日本研究人员使用的是一根在太平洋马里亚纳海沟上方漂浮的PVC塑料管,管子长300米,固定有GPS设备。

初步的试验结果是令人兴奋的。“在管子的周围,叶绿素的浓度非常高。”研究小组的负责人圆山重直教授说,“比周围海域高了100倍以上。”与OTEC技术一样,“盐喷泉”技术也只是减缓全球变暖的权宜之计,而不是根本性的解决方法。但是圆山重直本人对这种方法持乐观态度,他认为更大规模的“盐喷泉”技术的应用具有修复区域性水循环紊乱的潜能,并计划明年在大洋上启动一个新的“盐喷泉”项目。

制止物种入侵

50年前,如果你在鳕鱼角拉起船锚,锚链上会沾满了贝壳、蚌和海藻。而如果你今天在那里拉起船锚,会看到锚链上满是一些名为“被囊”的黏液状无脊椎动物——世界上4000种侵入性水生物种之一。

随着全球贸易,物种入侵变得越来越频繁,入侵的物种也多种多样。例如,“被囊”入侵了美国的东北部地区,狮子鱼则侵入了东南部地区。这些入侵物种与土生土长的物种争夺资源,破坏当地的生态结构,绐原生物种带来了很大影响。

“被囊”是一个说明入侵物种如何毁坏当地环境的生动样本。20世纪70年代,至少有一种“被囊”来到了新英格兰地区。“它们很可能是搭乘一艘日本货轮来到了这里。”伍兹霍尔海洋研究所的研究人员玛丽·卡曼说。

一些种类的“被囊”侵入了鳕鱼角的蔓草海床,它们驱逐了这里的扇贝,而这些扇贝是当地渔民的主要收入来源。当地人试图用漂白剂和其他方法来消灭它们,但是几乎没有收到任何效果,“它们的适应性和韧性令人惊讶。”卡曼说。

“总的来讲,物种入侵就像是挤出来的牙膏。”威廉姆斯大学的生态学家詹姆斯-卡尔顿说,“你别想再把它们弄回到牙膏管里。”减少物种入侵的最好办法就是防止它们移动到新的地点。每年在全世界航行的商船有几十万艘,很多入侵物种都是藏在这些商船的压舱水中在世界各地移动的。

美国环保署和海岸警卫队目前正在联手起草针对压舱水的管理条例,将对压舱水中有机物的数量设定标准。与此同时,几十家公司正在开发让压舱水能满足这个标准的技术,包括电脑监控的过滤和紫外线照射。

拯救珊瑚礁

在过去20年里,全世界的珊瑚有1/3被摧毁,90%位于斯里兰卡、坦桑尼亚、肯尼亚、马尔代夫、塞舌尔海滨的珊瑚处于危险的境地。

如果在未来30年里,海水的温度像预计的那样再升高4摄氏度,澳大利亚大堡礁的95%将会消失。导致这种情况的最主要原因是珊瑚白化。随着海水温度的升高,水生细菌会变得越来越兴盛,它们会攻击与珊瑚虫共生、寄生在珊瑚内的海藻。这些海藻以光合作用的形式将阳光转换为能量(以糖的形式),这些能量被提供给珊瑚虫,并赋予珊瑚以颜色。一旦这些海藻死亡,珊瑚就会变成幽灵一样的白色。

尽管没有人知道确切原因,但是红海和波斯湾中的珊瑚却避免了这种厄运。以色列特拉维夫大学的微生物学家尤金·罗森博格认为,是不同种类细菌的存在导致了这种截然不同的命运。“就像人体内一样,珊瑚中也生活着数千种不同的细菌。”他说,“某些细菌能帮助珊瑚适应环境的变化。”

例如,当红海中的海水温度升高4摄氏度的时候,一种名为溶珊瑚弧菌的非居民细菌会攻击某些珊瑚中的海藻,但是温度的升高同样会激发珊瑚中的某些细菌,展开保护海藻的行动,这也能解释为什么有些在更高温度海水中的珊瑚没有白化的原因。

现在,罗森博格和他的同事正在研究如何激发所有珊瑚的天然防御能力。一种策略是释放噬菌体——一种攻击细菌的病毒,以此来对付溶珊瑚弧菌。

在近期的实验室研究中,这种噬菌病毒迅速摧毁了细菌,并在之后的两个月时间里持续保持着作用。今年夏天,在大堡礁和红海埃拉特珊瑚礁等一些珊瑚白化的地方,罗森博格将对自己的“噬菌体疗法”进行场地试验。届时他将用健康的珊瑚包围患病的珊瑚,并在某个样本中使用噬菌体。

如果一切都像在实验室中发生的那样,噬菌体将会对溶珊瑚弧菌展开进攻。当进攻的细菌抵达健康珊瑚的黏膜层时,噬菌体会复制100倍,将寄生细菌杀死。

如果试验能取得积极的结果,下一步显然将是更大规模的应用。罗森博格称,只要50升每升含有100万噬菌体的液体,他就能治疗约48公里长的珊瑚,治疗过程用船或者飞机就能完成。

文章来源:《科技新时代》