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挽救海里的珊瑚 科學家卻在天上做文章

2020-05-0415:06:09來源:科技日報

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近日,根據一項綜合調查結果顯示,澳大利亞大堡礁遭遇了5年內第3次大規模白化事件,此次白化事件也是該珊瑚礁北部、中部和南部三個部分首次同時遭遇重創。為了與大規模白化作斗爭,澳大利亞的科學家首次進行了一項云彩增亮試驗,希望通過這種方式,來看看反射部分太陽輻射(光)是否有助于減輕海洋變暖對脆弱的珊瑚造成的損害。

云彩增亮技術是什么原理,它是如何對珊瑚實施保護的?這個技術操作起來有什么難度,會不會造成環境污染?記者就此采訪了相關專家。

多種因素對珊瑚生存造成危脅

珊瑚礁被稱為海洋中的“熱帶雨林”,是地球上生物多樣性最豐富的生態系統之一。許多珊瑚個體色彩絢麗,不遜色于陸地上的各種鮮花。

但是五彩斑斕的珊瑚為什么會有顏色,又為什么會出現白化現象呢?這與珊瑚蟲和寄生在珊瑚蟲身上的一種藻類有關。

首先我們要知道,珊瑚蟲會分泌一種石灰質骨骼,這些外骨骼構成了我們所看到的珊瑚。而骨骼上分布的無數的小孔,就是珊瑚蟲安身立命的“家園”。珊瑚蟲不斷繁殖、分泌,外骨骼越來越大,珊瑚越來越多,逐漸就形成了珊瑚礁。

中國科學院海洋研究所海洋生物分類與系統演化實驗室研究員李新正告訴記者,正常狀態下,珊瑚蟲本身是透明的,而珊瑚之所以會呈現出不同的顏色,正是因為寄生在珊瑚蟲皮層中的一種藻類——蟲黃藻有不同的顏色。

蟲黃藻自身攜帶有各種色素,不僅能讓珊瑚變得漂亮,還可以通過光合作用制造出它們自身及珊瑚蟲生存所需要的養料。

導致珊瑚白化的有很多原因,其中最重要的一個因素是全球氣候變暖。

李新正說,隨著全球氣候變暖,海水中的二氧化碳含量提高,海洋溫度也不斷升高,海水酸化加劇。這一系列變化致使珊瑚生長所依賴的蟲黃藻離開,藻類數量減少,繼而珊瑚出現白化現象,珊瑚蟲也會因缺乏養料死亡。而當珊瑚白化持續發生、大量珊瑚蟲死亡時,仰賴珊瑚作為生存場所的無脊椎動物、魚類等生物就會離開或者死亡,珊瑚礁的整個生態系統就會受到極大的損害,其生產力和多樣性都會下降。同時,酸化的海水不但會對珊瑚蟲的碳酸鈣骨骼造成腐蝕,同時也讓其碳酸鈣骨骼合成更加困難。

李新正告訴記者,生物侵害也會對珊瑚的生存造成威脅,而且這不光發生在大堡礁,在我國南海的西沙群島、南沙群島等珊瑚礁環境同樣存在。

渾身長刺的長棘海星是珊瑚的主要天敵,珊瑚蟲是它最喜愛的食物。它有十幾個觸角,能夠像魔爪一樣抓在珊瑚表面吸食珊瑚蟲和其它能抓住的小動物,哪怕小的貝類也不放過。長棘海星所到之處,猶如戰車碾過,只留下一片珊瑚白骨。

李新正向記者回憶了去年在西沙群島珊瑚礁潛水考察的科研經歷。“潛到20—30米的時候能看到成群成片的長棘海星在珊瑚上取食的景象,確實很可怕。”他說。

而除了海洋生物以外,人類活動對珊瑚的破壞也不容忽視。比如珊瑚礁附近過往船只排出的油污、廢棄的漁網等人為產生的垃圾、海洋工程施工形成的懸浮泥沙等,都會把珊瑚蟲安身的小孔堵上,從而導致珊瑚蟲死亡。

云彩“遮陽”效果還未可知

為應對大堡礁反復出現的珊瑚嚴重白化事件,一些創造性的想法正在涌現。比如澳大利亞的科研人員最近正在嘗試云彩增亮技術。

由悉尼海洋科學研究所和南十字大學的科學家領導的研究小組,帶著人工增雨的原型渦輪機,來到大堡礁的水域進行了一些小規模測試。

中國氣象科學研究院災害天氣國家重點實驗室研究員、博士生導師郭建平告訴記者,云彩增亮其實就是云播撒技術,與人工增雨技術類似。就是根據云的情況(高度、厚度、范圍、凝結核濃度、云水含量等),分別向云體播撒致冷劑、人工冰核以及吸濕核等,以改變云滴的大小、分布和和濃度等特性。

空氣是垂直上升運動的,隨著空氣的上升,地面的水汽被夾帶著一起上升,在這個過程中,水汽是否成云,與供水汽凝結的凝結核多少有很大關系。即便水汽含量特別大,若沒有或僅有少量的凝結核,水汽也不會充分凝結增長,很難形成云。

郭建平說,保護大堡礁的云彩增亮技術是就地取材,通過向大氣中播撒海水,海水通過蒸發進而導致納米級的超細海鹽氣溶膠顆粒殘留在大氣中,這些顆粒理論上說可成為理想的凝結核,可以顯著凝結水汽成云,增強云的反照率(亮度)。不過,這種保護方式目前還無法大規模推廣,因為云播撒技術目前還處在試驗研究階段,并且實施人工干預作業嚴重依賴氣象條件。

“撒播催化劑的種類、時機、方法等還需要進一步的研究。此外人工播撒和催化的定量影響還不清楚,且其經濟成本高昂、生態環境代價較大。”郭建平說。

中科院大氣物理研究所研究員劉驥平認為,珊瑚的生存環境不僅與溫度有關,還與鹽度、紫外線有關。通過云彩增亮技術,對珊瑚生活的區域采取云增亮措施后,降雨必然會隨之增多,而大量降水會導致海水鹽度降低,這也會讓寄生的藻類從珊瑚蟲身體里“跑”出去。此外,云播撒技術應用的某些催化劑也可能會對環境產生影響。

拯救珊瑚還有很多待解難題

除了云彩增亮以外,為了拯救珊瑚,科學家還想了其他辦法,包括使用水下機器人在珊瑚礁生態系統周圍種植更多的幼體珊瑚、在珊瑚礁上面鋪上保護膜等。

例如,國外的科研人員在珊瑚蟲產卵期間收集了很多珊瑚蟲卵,并將它們培養成珊瑚幼體,然后利用昆士蘭科技大學的科研團隊開發的一種水下機器人,通過智能定位,將這些珊瑚幼體分配到珊瑚礁的指定區域內。

大堡礁基金會的科學家們還曾經嘗試開發可以幫助保護珊瑚免受“白化”的環保薄膜,試圖將其覆蓋在海洋表面,從而降低照射珊瑚礁的陽光強度。

在劉驥平看來,這些技術還不如云彩增亮技術現實,“水下機器人能布放的范圍很小,并且遠程操作起來很不方便,另外在海洋表面布膜更難控制,成本更大。從目前來看,不管哪種手段都不可能大規模推廣,也不能從根本上解決珊瑚白化問題。”

如果珊瑚繼續這樣白化下去,會不會有一天它們就滅絕了?

一份由聯合國政府間氣候變化專門委員會(IPCC)草擬的報告提到,大堡礁的珊瑚白化現象以后每年都會發生,并預計到2030年,大堡礁珊瑚會瀕臨滅絕。與此同時,科學家也在印度洋發現珊瑚大面積白化現象。

有科學研究發現,蟲黃藻具有通過改變基因類型來適應環境變化能力這一特征,科學家據此推斷,珊瑚礁對氣候變暖有潛在適應能力和恢復機制,因此珊瑚礁不會因為全球變暖最終消失。但劉驥平的態度比較悲觀:從珊瑚白化事件頻發和海水酸化不斷加劇的情況來看,短期內珊瑚礁很難形成自我恢復機制。

可以肯定的是,圍繞珊瑚礁的白化,還有很多亟待解決的問題。

在李新正看來,破壞珊瑚的長棘海星的暴發,很可能與厄爾尼諾現象有一定關聯,但如何關聯尚不清楚,還有待進一步研究。

郭建平則提出,希望學界能增加大氣環境、大洋環流等方面的研究,從更大視野研究大堡礁的珊瑚白化現象。

責任編輯:向勤如(EN006)

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