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挽救海里的珊瑚 科学家却在天上做文章

 2020/5/1 9:44:13 学术科普 作者:科技日报 我有话说(0人评论) 字体大小:+

原标题:挽救海里的珊瑚 科学家却在天上做文章

近日,根据一项综合调查结果显示,澳大利亚大堡礁遭遇了5年内第3次大规模白化事件,此次白化事件也是该珊瑚礁北部、中部和南部三个部分首次同时遭遇重创。为了与大规模白化作斗争,澳大利亚的科学家首次进行了一项云彩增亮试验,希望通过这种方式,来看看反射部分太阳辐射(光)是否有助于减轻海洋变暖对脆弱的珊瑚造成的损害。

云彩增亮技术是什么原理,它是如何对珊瑚实施保护的?这个技术操作起来有什么难度,会不会造成环境污染?记者就此采访了相关专家。

多种因素对珊瑚生存造成危胁

珊瑚礁被称为海洋中的“热带雨林”,是地球上生物多样性最丰富的生态系统之一。许多珊瑚个体色彩绚丽,不逊色于陆地上的各种鲜花。

但是五彩斑斓的珊瑚为什么会有颜色,又为什么会出现白化现象呢?这与珊瑚虫和寄生在珊瑚虫身上的一种藻类有关。

首先我们要知道,珊瑚虫会分泌一种石灰质骨骼,这些外骨骼构成了我们所看到的珊瑚。而骨骼上分布的无数的小孔,就是珊瑚虫安身立命的“家园”。珊瑚虫不断繁殖、分泌,外骨骼越来越大,珊瑚越来越多,逐渐就形成了珊瑚礁。

中国科学院海洋研究所海洋生物分类与系统演化实验室研究员李新正告诉记者,正常状态下,珊瑚虫本身是透明的,而珊瑚之所以会呈现出不同的颜色,正是因为寄生在珊瑚虫皮层中的一种藻类——虫黄藻有不同的颜色。

虫黄藻自身携带有各种色素,不仅能让珊瑚变得漂亮,还可以通过光合作用制造出它们自身及珊瑚虫生存所需要的养料。

导致珊瑚白化的有很多原因,其中最重要的一个因素是全球气候变暖。

李新正说,随着全球气候变暖,海水中的二氧化碳含量提高,海洋温度也不断升高,海水酸化加剧。这一系列变化致使珊瑚生长所依赖的虫黄藻离开,藻类数量减少,继而珊瑚出现白化现象,珊瑚虫也会因缺乏养料死亡。而当珊瑚白化持续发生、大量珊瑚虫死亡时,仰赖珊瑚作为生存场所的无脊椎动物、鱼类等生物就会离开或者死亡,珊瑚礁的整个生态系统就会受到极大的损害,其生产力和多样性都会下降。同时,酸化的海水不但会对珊瑚虫的碳酸钙骨骼造成腐蚀,同时也让其碳酸钙骨骼合成更加困难。

李新正告诉记者,生物侵害也会对珊瑚的生存造成威胁,而且这不光发生在大堡礁,在我国南海的西沙群岛、南沙群岛等珊瑚礁环境同样存在。

浑身长刺的长棘海星是珊瑚的主要天敌,珊瑚虫是它最喜爱的食物。它有十几个触角,能够像魔爪一样抓在珊瑚表面吸食珊瑚虫和其它能抓住的小动物,哪怕小的贝类也不放过。长棘海星所到之处,犹如战车碾过,只留下一片珊瑚白骨。

李新正向记者回忆了去年在西沙群岛珊瑚礁潜水考察的科研经历。“潜到20—30米的时候能看到成群成片的长棘海星在珊瑚上取食的景象,确实很可怕。”他说。

而除了海洋生物以外,人类活动对珊瑚的破坏也不容忽视。比如珊瑚礁附近过往船只排出的油污、废弃的渔网等人为产生的垃圾、海洋工程施工形成的悬浮泥沙等,都会把珊瑚虫安身的小孔堵上,从而导致珊瑚虫死亡。

云彩“遮阳”效果还未可知

为应对大堡礁反复出现的珊瑚严重白化事件,一些创造性的想法正在涌现。比如澳大利亚的科研人员最近正在尝试云彩增亮技术。

由悉尼海洋科学研究所和南十字大学的科学家领导的研究小组,带着人工增雨的原型涡轮机,来到大堡礁的水域进行了一些小规模测试。

中国气象科学研究院灾害天气国家重点实验室研究员、博士生导师郭建平告诉记者,云彩增亮其实就是云播撒技术,与人工增雨技术类似。就是根据云的情况(高度、厚度、范围、凝结核浓度、云水含量等),分别向云体播撒致冷剂、人工冰核以及吸湿核等,以改变云滴的大小、分布和和浓度等特性。

空气是垂直上升运动的,随着空气的上升,地面的水汽被夹带着一起上升,在这个过程中,水汽是否成云,与供水汽凝结的凝结核多少有很大关系。即便水汽含量特别大,若没有或仅有少量的凝结核,水汽也不会充分凝结增长,很难形成云。

郭建平说,保护大堡礁的云彩增亮技术是就地取材,通过向大气中播撒海水,海水通过蒸发进而导致纳米级的超细海盐气溶胶颗粒残留在大气中,这些颗粒理论上说可成为理想的凝结核,可以显著凝结水汽成云,增强云的反照率(亮度)。不过,这种保护方式目前还无法大规模推广,因为云播撒技术目前还处在试验研究阶段,并且实施人工干预作业严重依赖气象条件。

“撒播催化剂的种类、时机、方法等还需要进一步的研究。此外人工播撒和催化的定量影响还不清楚,且其经济成本高昂、生态环境代价较大。”郭建平说。

中科院大气物理研究所研究员刘骥平认为,珊瑚的生存环境不仅与温度有关,还与盐度、紫外线有关。通过云彩增亮技术,对珊瑚生活的区域采取云增亮措施后,降雨必然会随之增多,而大量降水会导致海水盐度降低,这也会让寄生的藻类从珊瑚虫身体里“跑”出去。此外,云播撒技术应用的某些催化剂也可能会对环境产生影响。

拯救珊瑚还有很多待解难题

除了云彩增亮以外,为了拯救珊瑚,科学家还想了其他办法,包括使用水下机器人在珊瑚礁生态系统周围种植更多的幼体珊瑚、在珊瑚礁上面铺上保护膜等。

例如,国外的科研人员在珊瑚虫产卵期间收集了很多珊瑚虫卵,并将它们培养成珊瑚幼体,然后利用昆士兰科技大学的科研团队开发的一种水下机器人,通过智能定位,将这些珊瑚幼体分配到珊瑚礁的指定区域内。

大堡礁基金会的科学家们还曾经尝试开发可以帮助保护珊瑚免受“白化”的环保薄膜,试图将其覆盖在海洋表面,从而降低照射珊瑚礁的阳光强度。

在刘骥平看来,这些技术还不如云彩增亮技术现实,“水下机器人能布放的范围很小,并且远程操作起来很不方便,另外在海洋表面布膜更难控制,成本更大。从目前来看,不管哪种手段都不可能大规模推广,也不能从根本上解决珊瑚白化问题。”

如果珊瑚继续这样白化下去,会不会有一天它们就灭绝了?

一份由联合国政府间气候变化专门委员会(IPCC)草拟的报告提到,大堡礁的珊瑚白化现象以后每年都会发生,并预计到2030年,大堡礁珊瑚会濒临灭绝。与此同时,科学家也在印度洋发现珊瑚大面积白化现象。

有科学研究发现,虫黄藻具有通过改变基因类型来适应环境变化能力这一特征,科学家据此推断,珊瑚礁对气候变暖有潜在适应能力和恢复机制,因此珊瑚礁不会因为全球变暖最终消失。但刘骥平的态度比较悲观:从珊瑚白化事件频发和海水酸化不断加剧的情况来看,短期内珊瑚礁很难形成自我恢复机制。

可以肯定的是,围绕珊瑚礁的白化,还有很多亟待解决的问题。

在李新正看来,破坏珊瑚的长棘海星的暴发,很可能与厄尔尼诺现象有一定关联,但如何关联尚不清楚,还有待进一步研究。

郭建平则提出,希望学界能增加大气环境、大洋环流等方面的研究,从更大视野研究大堡礁的珊瑚白化现象。

(来源:科技日报)

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