全球温度每上升2摄氏度，就可能有10%的海洋物种消失

2022-05-12 19:53:40

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原创：国家地理中文网

图巴塔哈珊瑚礁自然公园，一只海龟在珊瑚上游过。摄影：DAVID DOUBILET, NAT GEO IMAGE COLLECTION
撰文：CRAIG WELCH
大约2.52亿年前，二叠纪末期，地球上有一块“超级大陆”。环绕它的海洋中生活着披着盔甲的硬骨鱼，还有和现代人类一般大小的海蝎。深海中生活的大部分是三叶虫这样的分段节肢生物，还有各种各样看起来像蛤蜊的腕足类生物、菊石类生物（类似带壳的鹦鹉螺，但更像是鱿鱼和章鱼）。
如今这些生物都只能在化石记录上见到：在二叠纪的末期，90%的海洋生物在地球历史上的大规模灭绝事件中消失了。科学家猜测，那次灭绝事件可能是由大规模的二氧化碳释放造成的，二氧化碳可能来自被称为“西伯利亚暗色岩”地区的火山活动。2018年，一组研究人员表示，海洋生物最普遍的死亡原因很可能是海洋变暖带来的生理压力和含氧量减少，氧气减少则是温室气体引起的气候变化的副作用。
近日，《科学》杂志刊登了一篇论文，参与过2018年研究的两名科学家表示，如果我们仍不抑制温室气体的排放，海水温度升高和含氧量减少本身就可能导致和地球上最严重的五场大灾难相似的大规模灭绝。他们认为，这可能足以让6500万年白垩纪末期灭绝事件以来产生的大部分物种多样性消失。
但是，研究人员认为，我们可以改变这一轨迹。快速遏制排放可以有效抑制70%的灭绝风险。温室气体减排结合通力遏制海洋污染，缓解过渡捕捞、栖息地破坏和其他海洋压力可以给海洋生物提供更好的长期生存的机会。
研究的合著者Curtis Deutsch是普林斯顿大学的气候科学家，他说：“如果我们能快速扭转排放量，我们仍然有可能损失大约5%的海洋物种。温度每上升2摄氏度，就会有10%的损失。生活在大多数地方的物种的整体群落会发生变化。但这些数字都相对较小，我们能够避免大规模的灭绝。”
史密尼森环境研究中心的海洋氧气专家Denise Breitburg并未参与此项研究，但她称此研究发现“严酷但重要”。她说，这项研究让我们看到，“我们有可以保护大多数海洋生物的希望”。
新泽西州罗格斯大学的海洋科学家Malin Pinsky与人合著了一篇与该论文同时发表的评论文章，他表示：“这篇论文将我们面前的选择具体化了，这感觉就像是保护地球生命的未来的一个难得时刻。”
低含氧的海水
该论文的牵头作者Justin Penn是普林斯顿大学的副研究员，他和Deutsch共作的新研究的关键之处并不在于搞明白气温上升是如何影响海水的含氧量的，而在于海洋生物如何利用这些海水中的氧气。
在过去十五年，新研究表明海洋中的自然低含氧区域正在快速扩大，但分布不均，将海洋生物“逼”到了接近海面的含氧丰富狭窄水域。从孟加拉湾到西非附近的大西洋，再到东太平洋的大部分地区，低含氧水域自20世纪60年代以来已经增长了近440万平方公里，而且还在以每年0.9米的速度向上涨。在过去的25年中，在加利福尼亚南部海面以下约198米处，某些区域的含氧量减少了近三分之一。自上世纪中叶以来，完全不含氧的海域面积增加了四倍。
与经常出现在墨西哥湾的沿海死区不同，这些低氧区不是陆地营养污染的结果。它们是由气温上升导致的。随着表层海水变暖，从上面的空气中吸收的溶解氧就会减少。因为暖水比下面的冷水轻，海水的混合因此减少，意味着进入深海的氧气更少。
这种发展已经干扰了海洋生物，减少了某些物种的栖息地，并集中了其他物种的猎物。长嘴鱼，如马林鱼和旗鱼，为了捕猎正在缩短数百米的潜水距离。相反，它们与鲨鱼、金枪鱼、太平洋鳕鱼、鲱鱼和鲭鱼一起，花更多的时间聚集在海面附近，捕鱼船队或鸟类、海龟捕捉它们就更容易。
还有其他转变，其中一些很奇怪。一些螃蟹和鱿鱼在低氧条件下很难看到。许多微小的浮游生物是海洋中大型生物的食物，它们已经生活在它们的氧气阈值的极限中，如果不迁移到新的地方，减少的数量大于增殖的，它们不太可能存活下来。低氧的情况也正在导致一些鱼类的繁殖减少，并增加鱼类的其他疾病。
最显着的变化涉及到呼吸。气温越高，生物维持其能量需求所需的氧气就越多。但海水变暖的同时，海洋中的氧气供应也正在减少。
美国国家大气研究中心的海洋科学家 Matthew Long 说：“这真的非常令人不安，随着全球持续变暖，我们正在改变地球上最大的生态系统的基本代谢状态。”
一个不太可能，但具有启发性的场景
Penn和Deutsch收集了大量海洋生物的代谢数据，从贝类到鲨鱼，从所有的海洋、不同的纬度和深度，来观察每一种需要多少氧气才能生存。他们收集了水温变化的数据，然后用计算机模拟来测算随着温度的上升，每个物种所需的氧气临界值和最低要求的栖息地可能会发生怎样的变化。
Deutsch说：“有很多证据可以表明我们正在代表全球视野，覆盖广泛的范围，尽管我们只观察了相对较少的物种。”
一些物种显然会因为它们的栖息地受到限制而移动，如金枪鱼；而移动能力较差的物种则没有这种选择，比如珊瑚。化石记录还帮助两人认识到一个物种或当地种群的灭绝需要丧失多少栖息地。他们根据在2018 年为二叠纪末灭绝事件重建的海洋变化对模型及其预测进行了校准。
研究人员发现，在最高排放的情况下（排放量持续飙升，许多科学家认为现在看来不太可能）到本世纪末，海洋变暖和氧气损失将导致更多的物种灭绝，比所有其他海洋压力因素(如过度捕捞和污染)加起来还要多。但这种损失并不平均。热带海洋将失去大多数物种，但其中许多物种将会迁移到更冷的地区生存。大部分生活在高纬度海域的物种将会更加脆弱，比如丰饶的北太平洋，北美大部分地区的鱼类都来自那里。
“热带物种更有可能生存，因为随着水温上升、缺氧在全球范围内变得普遍，这些物种已经适应了这些类型的环境，”Penn说。“寒冷、需要氧气量高的物种无处可逃。”同样的模式也在二叠纪末灭绝的化石记录中被发现，即极地物种面临更大的灭绝风险。
他和Deutsch得出是结论是，如果到本世纪末温室气体排放不减，地球将在2300年出现像二叠纪末期一样的大规模灭绝。预计，太阳能和风能的兴起开始减少化石燃料需求，尽管速度非常慢。虽然这种未来不太现实，但教训是相似的。即使未来不那么可怕，2.52 亿年前杀死海洋生物的相同机制仍在发挥作用。（过去的其他四次大灭绝是由其他类型的变化导致的，比如全球变冷、小行星撞击等。）
罗德岛大学的生物海洋学家 Karen Wishner 说，这项新研究是“一项令人印象深刻的工作”。研究人员“真正了解全局”。但她补充说，海洋中的生命是复杂的，海洋生物如何对不断变化的环境做出反应，还有很多东西需要了解。 “个体物种确实有自己的适应方式，”Wishner 说。
Deutsch 说，重要的一点是这些物种的消失是可以预测的。 “这种变化相当线性，”他说。温度每升高 0.5 摄氏度，物种灭绝的几率就会增加几个百分点。
换句话说，即使我们迅速控制排放，一些损失也将是不可避免的——全球气温已经升高了约 1 摄氏度。但是，如果我们将升温幅度限制在各国根据 2015 年巴黎协定达成的共识范围内，即不超过2摄氏度，那么损失可能会保持在 10% 以下。
Penn 说，在220万种海洋物种中，“绝对数量仍然很大”。 “但这比它能达到的程度少了一个数量级。”
（译者：七〇）