资源环境动态监测快报

2021年第13期

美科学家分析大河口酸化的驱动因素

2021年6月23日,美国国家海洋与大气管理局(NOAA)的国家海岸海洋科学中心(NCCOS)网站发布“理解大河口水域酸化驱动因素”的新闻报道。来自美国和加拿大的研究人员通过CO2分压、pH值和碳酸钙矿物饱和状态的时空动态,提供了三个大型河口:切萨皮克湾、萨利希海和威廉王子湾的案例研究实例,以说明自然和人为过程以及气候变化如何在河口之间产生不同的作用,以及对各种具有经济和生态重要性的钙化生物的生物学意义。

由于海洋酸化威胁到水生生物的健康,由NCCOS、NOAA海洋酸化方案和国家科学基金会(NSF)赞助的一项联合研究审查了影响河口水域酸碱特性的各种过程。该研究比较了北美大西洋和太平洋海岸的三个大河口的酸化驱动因素,以说明自然和人为过程在河口之间的作用如何不同,并预测未来的情况。海洋从大气中吸收二氧化碳改变了海洋生物地球化学,并通过一种称为海洋酸化(OA)的过程威胁到生物体的健康。这种大规模的变化影响生态系统功能,并可能对渔业资源和经济产生影响。在许多大型河口,由于水平分层强烈、水停留时间长、富营养化和弱酸碱缓冲能力等,使二氧化碳引起的酸化得到加强。河流通常会向河口输送更多的酸化水,而河口的碳负荷比海水高,这使得河口很容易受到OA的影响。由于河口通常与人口中心相连,沿海水域的淡水会输送大量的营养物质。这种高营养输入会导致富营养化,再加上同样由淡水输入驱动的垂直分层,会导致生物地球化学参数(如pH值、溶解氧、活性氮化合物和硫化氢)在垂直和水平上产生巨大的梯度。此外,在一些河口地区,底栖生物过程、潮汐湿地和水下水生植被可以在数小时到数年的时间尺度上对碳酸盐岩系统动力学做出重大贡献。

切萨皮克湾:切萨皮克湾位于美国东海岸大西洋中部地区,是一个大型的温带沿海平原河口,同时经历了富营养化和人为酸化。其巨大的面积、多样性的生境以及强烈的化学和物理梯度使其成为气候变化加速下驱动海岸碳酸盐化学过程多样性的有用案例。根据风向的不同,由风驱动的横向上升流可以将海底的酸性水迅速带到东部或西部海岸,造成短暂的(大约几小时)酸化和缺氧条件。切萨皮克湾的未来预计会变得更加温暖和湿润,二氧化碳含量会更高,酸化也会增强。然而,未来变化的河流化学、营养负荷率和生物群落可能改变这一途径。

萨利希海:位于太平洋西北部的一个峡湾型、半封闭的大型河口体系。这是冰川雕刻的内海例子,它有一个巨大的累积淡水输入。它代表了一个具有强烈海洋上升流成分的深盆地综合体系。未来的生物暴露方面,预计最大的pH变化将发生在5米以下的地下栖息地,钙溶解将发生在整个地表和地下水域。这样的未来条件将使钙化生物(例如,Dungeness蟹幼虫)整个生命阶段的生理过程更具挑战性,甚至可能致命。

威廉王子湾:威廉王子湾位于阿拉斯加中南部海岸,是一个深的亚北极峡湾,代表了接收大量淡水输入的类似地区。这包括冰川融水的大量贡献,以及与开阔大陆架的季节性连接。它有两个出口到阿拉斯加的太平洋湾:Hinchinbrook入口和Montague海峡。海洋陆架水主要通过Hinchinbrook入口进入海峡,然后通过Montague海峡出口。冬季风吹向海岸时,这种贯穿环流模式得到加强。与切萨皮克湾和撒利希海相比,威廉王子湾未来的情况可能会为各种生态和经济上重要的河口钙化物种提供一个稍微有利的栖息地。然而,现在的环境可能已经影响了其中一些物种,包括甲壳类、翼足类和棘皮类。预计到2050年可能会导致某些物种更加脆弱。

这项研究对研究人员和管理者在理解河口管理及适应性战略制定上具有重要价值,对河口OA更广泛的理解和认识将更好地为科学家、管理者和决策者的行动提供信息。

(吴秀平 编译)