地球化学环境对海洋生物的制约.docx

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1、地球化学环境对海洋生物的制约早在本世纪30年代,前苏联生物地球化学家维诺格拉多夫就指出。植物和动物对环境中某些元素的含量变化具有一定的生物学反应。进入70年代以后.环境科学和地学工作者以很多精力投入环境地球化学或环境生命元素与人体健康的研究,许多地区进行了环境背景值调查,并取得大量的研究成果。对不同地球化学环境下的不同生物效应问题逐步有了明确认识。在地球上,既存在有生命的生物，更广泛地存在无生命物质和能量。一切生命活动的生存和延续，都依赖于周围无生命物质和能量。这是生物进化和人类发展的物质基础。生命和人类是地壳物质长期发展演化的结果。每次地壳变化都与生命的进程密切相关。不断为生命活动提

2、供新的环境和物质基础。生命物质通过自身的选择和调节。始终与地壳物质保持着动态平衡。由于地壳物质和表面元素分布的不均一性.故在相当程度上控制和影响着人类、动植物的发育,造成生物生态的地区差异。然而生物体自身调节物质元素不均一程度的能力毕竟是有限的。超过能适应的变化范围(过低或过高)时，不论是人类或动植物都会出现生物效应。自工业革命以后，大气中二氧化碳的浓度逐渐升高，随之而来的是海洋酸化问题。本文以海洋酸化为例，阐释地球化学环境对海洋生物的制约。近年来的研究证实：人类向大气释放的二氧化碳的５０％在进入大气空间之后，通过海气交换被海洋吸收。海水中的二氧化碳通过水解作用增加氢离子的浓度，从而导

3、致海水pＨ值的降低。按照正常经济发展状况下的二氧化碳排放形势，表层海水的ｐＨ预测到2100年降低０．３～０．５个pＨ单位。现阶段的海水pＨ变化速度是过去１０万ａ来变化速度的１００倍，引起的海洋化学过程的变化将要花费成千上万年的时间才能通过碳酸钙沉积物的缓冲作用得到中和，而且pＣＯ２最终稳定的时候将低于现在水平。虽然目前人们对海洋酸化及其效应的认识还很有限，但是近１０年来的研究结果表明，海洋酸化对海洋生态系统的潜在影响是巨大的，海水酸性的增加将改变海水化学的种种平衡，使依赖于化学环境稳定性的多种海洋生物乃至生态系统面临巨大威胁。海洋酸化改变海洋环境，生物栖息生境面临威胁。海水中碳酸钙的饱

4、和度主要由碳酸根浓度所决定。通常，海水中碳酸氢根占无机碳９０％以上碳酸根浓度占１０％，二氧化碳占１％以下。大气中二氧化碳浓度的不断增加，促进二氧化碳向海水的溶入，以致二氧化碳和碳酸氢根浓度增加，碳酸根浓度下降，这将会对海洋化学过程产生一定程度的影响。海水化学环境的变化，还会影响海洋生物种群变化，改变了海洋生物种群间竞争的条件，进而引起海洋食物网效应。钙化生物（珊瑚虫、颗石藻、浮游软体动物等）的外壳和骨架主要是由方解石或文石形成的，它们之所以不会溶解，是因为海洋表层水体有超饱和钙离子和碳酸根离子海洋酸化将导致碳酸根离子浓度降低，并最终使得碳酸根离子处于不饱和状态，这种结果将严重影响石灰化

5、过程，部分珊瑚、甲壳类、软体动物和浮游生物将处于灭绝的险境。有学者提出了对生存在高纬度地区钙化生物的担忧。据预测，极地地区的表层海水中文石到２０５０年将达到不饱和状态，方解石到２１００年将达到不饱和状态，因此，钙化生物形成贝壳和骨架所需的化学物质将会减少。这些生物的减少或者消亡将会改变海洋食物网系统以及影响海洋生态系统中碳的迁移速率。有学者根据火山口造成的ｐＨ梯度研究了不断增加的二氧化碳水平对大型藻类群体的影响。当平均ｐＨ从８．１下降到７．８时，研究的１０１种大型海藻绝大部分可以生长，物种丰度的减少只有５％。然而这种微小的物种丰度的下降与生物群落结构的改变有关，因为草坪藻类不成比例的显

6、著减少。方解石物种的丰度显著下降，而一些非钙化物种成为优势物种。当平均ｐＨ为６．７时碳酸盐饱和度＜１，钙化物种显著缺乏，物种丰度下降７２％。在这些极端高的二氧化碳水平下，少数物种会主导这个简化的大型海藻群落，尽管高二氧化碳水平似乎是抑制其他物种的生殖能力，但是极少数的物种会表现出增强的生殖能力。研究显示，许多大型藻类物种能够忍受长时间的较高的二氧化碳水平，但是随着ｐＨ下降大型藻类的栖息地发生了显著的变化。目前还需要进一步的研究来调查观测到的大型藻类的响应是否适应于其他季节，以及能否从区域研究并入到全球研究模型之中，这样就可以预测二氧化碳的排放对地球系统的影响。总的来讲，海洋酸化对海洋生

7、物及其栖息地环境的可能影响因素包括：影响生物壳体的钙化速度；营养盐的变化；浮游生物的多样性和疯长；改变生物寿命；减小生物环境容忍度；生物群落结构的变化等等。从以上海洋酸化对海洋生物的影响可以看出，地球化学环境对海洋生物有着较强的制约性。研究地球化学环境与研究海洋生物可以起到相互促进的作用。随着时代的发展，人们对地球化学环境对海洋生物的制约性将有更加深刻的认识。