生长的海洋植物如何帮助慢慢海洋酸化

研究人员发现,海带,鳗草和其他植被可以有效吸收二氧化碳并降低海洋中的酸度。科学家说,在当地水域种植这些植物可以帮助减轻酸化对海洋生物的破坏性影响。

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在加利福尼亚海岸附近展示的收获海带从生态系统中取出了CO2。罗伯特·施温(Robert Schwemmer)/NOAA

俄勒冈风景如画的Netarts湾长期以来以其牡蛎而闻名。但是Netarts,就像北美整个西海岸一样酸性越来越酸性。而且牡蛎不喜欢它。

自工业革命以来,空气中的二氧化碳已渗入海水,并将酸度升高30%。在全球范围内,海洋的pH值已从8.2下降到8.1,并且在本世纪末可能会下降0.4个单位。这问题更糟在北美西海岸,陆上风将酸性的底部潮流带到地面。像那些像那些腐蚀性的水一样,吸收了贝壳的组成部分,并且可以在珊瑚的骨架上吞噬。

去年夏天,俄勒冈州立大学海洋生态学家乔治·瓦尔德布瑟(George Waldbusser)和他的团队在Netarts Bay周围划船,种植了婴儿牡蛎,看看他们的表现如何。唯一蓬勃发展的是那些受鳗草床保护的人,在每天的高峰期间似乎吞噬了足够的二氧化碳,使牡蛎从酸和生长的机会之窗中休息。

尚未出版这项工作的瓦尔德布瑟说:“基本上,这些床以外的东西都没有生存。”同时,Netarts湾的Whiskey Creek贝类孵化场开始仅在下午才将水拉入他们的水箱,当时光合作用的峰值和水的酸度较小。

Waldbusser是一群科学家团队的一部分,现在探讨了海草,海带和贝壳床可能能够抵消当地热点中海洋酸度的上升潮流,从而使苦苦挣扎的动物的生活更加容易。他和西海岸海洋酸化和缺氧科学小组的其他专家发行了第一报告今年4月,建议科学家和经理推动此类策略从水中吸收二氧化碳。

这个想法是一个较小,更温和的表亲,对地理工程的宏伟计划。已经提出了通过将铁,石灰石或橄榄石扔入水中,增强浮游生物的生长,增加贝壳的基础或化学吸收CO2来吸收海洋多余的酸。但是将军回复到这样的计划,通常从震惊的不相信它们可能是可行或有效的,到广泛关注关于可能的生态副作用。开采和分发岩石所需的能量以及食物网的不可预测的转变使这些方案在全球范围内没有吸引力。

一项研究说,海草草地应给珊瑚增长约18%。

然而,在当地规模上,低成本,低风险的生态恢复可能具有双重好处,即给受威胁的海洋生物既是一个更好的居住地,又是海洋避难所。

牡蛎将不是唯一受益的生物。德里克·曼泽洛(Derek Manzello)在佛罗里达钥匙的Cheeca Rocks管理着长期的海洋酸化监测地点,这是国家海洋和大气管理局(NOAA)的一部分国家珊瑚礁监测计划。那个特殊的珊瑚是佛罗里达钥匙中仍在生长的珊瑚礁之一。在其他礁石中,自1980年代初以来,大多数珊瑚已死于疾病和漂白。这很奇怪,因为Cheeca岩石与佛罗里达州的其他近岸景点一样,看到高温波动以及大量的土壤和养分倾倒在水中,这应限制珊瑚的生长。对于Cheeca Rocks对这些有问题的条件的抵抗力,有几种可能的解释,包括在恶劣条件下,那里的珊瑚可能会适应繁荣的基因。但是另一个可能的解释是,他们生活在附近的海草床创建的低级避难所中。

2012年,曼泽洛(Manzello挤满了溶解的后者,珊瑚需要生长的材料。水中的酸会降低后陆饱和值;如果它低于1,则珊瑚和外壳开始溶解。在工业前的时期,这些岸水域通常的饱和值为4.6。如今,佛罗里达州和加勒比海的大多数礁石已被降至3.8。但是佛罗里达州的近海水域有一个快乐的4.7。

“这是一个巨大的差异,”曼泽洛说。原因是在佛罗里达州的海水中种植的海草库,例如海龟草和海牛草,它们在光合作用时吸收了二氧化碳,尤其是在春季。

同年的另一项研究表明在热带印度太平洋地区相同的影响。海草草地有可能将陆原的饱和度增加2.9个单位,而pH值则增加了0.38。作者写道,这应该使珊瑚增长约18%,使海草成为海洋公园经理的潜在工具。

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斯蒂芬妮·史密斯(Stephanie Smith)站在Zostera码头Netarts湾的海草与她在俄勒冈州立大学研究生时设计的二氧化碳传感器。乔治·瓦尔德布瑟/OSU

潜力很大。从海草到浮游生物,海洋中的植物总计高达陆地上的植物生物量的0.05%,但在吸收碳中如此普遍且高效,以至于它们每天都与所有土地相同的碳循环循环大致相同基于植物。然而,由于从大流行疾病到水污染和沿海建筑项目,海草生态系统正在摧毁。损失率有飞涨从1970年代每年不到1%的全球海草覆盖率到2000年代的每年7%,使海草成为地球上最受威胁的生态系统之一。恢复或农业的努力可能会带来很多好处,包括吸收大气碳。

瓦尔德布瑟(Waldbusser)警告说,许多科学家尚不知道海草对海洋化学的影响。有些品种,例如侵入性Zostera Japonica俄勒冈州的鳗草倾向于在冬季脱落叶子,而降解的植物物质会提高水中的二氧化碳水平,而不是降低它们。而且,如果水迅速流动,那么在有机会使当地贝类或珊瑚受益之前,任何植物酸化的水都可能会被扫除。

海草不是唯一可能的解决方案。海带还以吸收多余的营养并使水更清洁贝类而闻名。大多数研究海带的好处的学术论文甚至都没有提及酸化。但是,缅因州海洋科学的Bigelow实验室的Nichole价格并不多,将两个和两个放在一起。普莱斯说:“陆基海带苗圃中最大的挑战是保持pH值足够低,因为它们消耗了太多的二氧化碳。”他想知道那些相同光合藻类如何影响海水。

价格合作海洋批准,北美的第一个商业海带农民,将乐器放在海带农场内外,以查看发生了什么。在尚未出版的工作中,他们表明,在海带农场内,后者的饱和度水平是一半的单元,到了整个单元。她说:“这比我们对海洋酸化期望的变化更大。”明年,他们计划绘制影响的程度,并测试海带对拐角处的贻贝农场的影响。普莱斯说,该农场已经根据这些初步结果开始生长海带。

研究人员将很快开始第一个大规模的项目,以种植海带并吸收二氧化碳。

普莱斯说,关键是要收获海带,以便从生态系统中清除其提取的碳。很难与亚洲海带供应商竞争,但是当地海带可以被干燥并用作食品或肥料,从而为艰难的沿海经济增添了一层经济多样性。普莱斯说:“贝类水产养殖有很大的潜力,但人们确实犹豫不决。”她说,与海藻配对可能是在未来条件下购买新业务保险的诀窍。

今年秋天,研究人员将启动第一个大型项目,以故意种植海带并吸收二氧化碳。普吉特海湾恢复基金,总部位于华盛顿的班布里奇岛赢了150万美元从2015年4月的保罗·G·艾伦海洋挑战赛开始,调查了糖海带降低当地水域酸度的潜力,pH值可能达到7.8。计划要求今年10月开始耕种海带。

海水也可以通过非生存材料缓冲酸。这里的策略不是吸收二氧化碳,而是在水中添加更多的碳酸盐。这改变了后陆饱和点,并再次使壳更容易生长。

Waldbusser说,几乎所有曾经有一个繁荣的牡蛎行业的河口都努力将旧贝壳重新倒入水中。这些项目中的大多数(即使不是全部)都集中在给牡蛎或其他贝类种植东西 - 他们的婴儿更喜欢坐在一堆旧贝壳上,而不是被泥被埋葬或窒息。这些壳有助于缓冲水酸度的事实是额外的奖励。

他指出,切萨皮克湾(Chesapeake Bay)迄今为止最大的牡蛎礁恢复工作,也可能是最大的(和无意)的海洋酸化缓冲实验。大约有1.6万蒲式耳的牡蛎壳回到切萨皮克湾从1960年到2006年,在项目协调员对炮弹的速度低下之前。Waldbusser指出,如果没有牡蛎的提取,他们仍然比切萨皮克的生态学要少1亿蒲式耳,而对海湾复杂水化学的影响到目前为止很难追踪。但这并不意味着在不同条件下,贝壳不能显着转移pH。

之前的工作在缅因州海岸,沃尔德布瑟(Waldbusser)的团队由圣约瑟夫学院的马克·格林(Mark Green)领导,将旧的地面炮弹与海洋沉积物混合在一起,并重新种植了它们。然后,他们看着这如何影响牡蛎。他们发现,牡蛎幼虫在壳土壤中定居的三倍,就像在非壳土壤中一样。瓦尔德布瑟(Waldbusser)认为,原因是由于沉积物毛孔内的水酸度变化。

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Waldbusser说:“您在孔隙水中拥有这种令人难以置信的敌对环境,通常比上面的水更酸性。”“混合外壳,这有点不那么敌对。”

Waldbusser熟悉其他提议的转移海洋pH的方法。他写了一项建议,使用从孵化场发射的废物二氧化碳溶解碳酸钙岩石并将产品泡回到海洋中,以与家庭水族馆相同的方式缓冲酸度。但这并没有得到资金。Waldbusser说:“存在许多技术,您可以做的事情可以恢复到可扩展性和意外后果。”例如,使用岩石来缓冲海水,涉及使用能量事先处理矿物质,以便它们溶解,然后您必须担心有毒水平的镍或镉与岩石一起乘车。

最后,瓦尔德布瑟说:“我总是回到恢复。”与某些工业计划相比,重新种植过去存在于河口中的海草或外壳库更安全,而且通常容易。而且,他补充说,它可能带有“我们甚至不认识的内置福利”。