節能減碳，海綿有責（Sponge）

節能減碳，海綿有責（Sponge）
國立臺灣師範大學地球科學系葉庭光碩士生/國立臺灣師範大學地球科學系吳朝榮副教授責任編輯

Ocean acidification is the latest in a slew of threats to coral reefs. A team of scientists is now getting right up close to Florida’s reefs to better understand how their inhabitants may be affected. Mark Schrope reports from the Aquarius Underwater Laboratory.

近十年來，科學家已經發現海水酸化衍生的問題相當嚴重，譬如海水酸化將導致珊瑚死亡。然而目前的科學家對於海洋酸化相關機制與影響還是相當有限。目前多數研究者都認同，工業革命之後人為排放的二氧化碳增加，這些二氧化碳可能導致海水酸化。因為海水的酸鹼值將受到海底地形、生物、海流等因素影響，所以並不是每個地方的海水酸鹼值都保持一致。科學家若希望評估海水酸化對礁岩附近生態的影響，就必須取得海底礁岩附近海水酸鹼數據，否則將不容易正確評估特定 區域海水酸化的影響。寶瓶座探測艙是目前全世界唯一的固定在海底工作的研究室，寶瓶座探測艙相關的研究計畫是由美國航太總署NASA贊助，經費高達數十億台幣，研究人員可以生活在這一個13公尺長，約一台露營車大小的空間中進行長期研究與觀察，並獲得更精確的海底資料。

海洋提供儲存二氧化碳的重要功能，每年可以吸收20億噸的溫室氣體。當二氧化碳溶解於海水中時，會與海水作用形成弱酸性的碳酸。碳酸的增加會降低海洋中珊瑚或其他生物吸收碳酸鈣以製造他們的骨骼或外殼的可用率。科學家發現測量大氣中的二氧化碳濃度可以有效推測海水的酸鹼性。從1700年代至今，海水的酸性呈現線性的增加，pH 大約從平均值 (8.2) 降低了 0.1。由於酸鹼性以濃度的對數值來計算，因此雖然這一段時間海水的酸性僅增加了0.1，事實上海水的酸性卻是增加了10%。酸性增加的環境很可能會影響 珊瑚生長，澳洲海洋科學研究所的庫柏(TIMOTHY F. COOPER)教授即指出了目前珊瑚生長的速度有顯著減慢的趨勢。然而，環繞珊瑚礁的周圍海水酸鹼性，會因為藻類的光合作用和生物的呼吸作用而呈現自然的波動。也就是說，珊瑚礁周圍的海水酸性的改變可能受多種因素影響，因而不同於其他水域。因此，如何過濾不同的因子(自然界因子或人為因素)來評估特定因子造成的影響，確實是相當大的挑戰。

如同全球的環境變遷，人為因素以及自然因素介入所導致的環境改變各有多大，一直困擾著科學家。馬汀博士指出，許多科學家已經體認到自然環境中的複 的變因與科學家設計的實驗室環境是迥然不同的。因此他的研究團隊運用非常多的儀器來獲得各種不同的客觀資訊。舉例來說，在實驗室中無法複製出類似實際海洋環境中，各種生物間同時存在時的複雜交互作用關係。白天時，藻類吸收動物呼吸作用產生的二氧化碳來進行光合作用；在晚間，這樣的平衡消失了，理論上晚間因缺乏光合作用，導致二氧化碳濃度上升，使海水酸性增加。但是，影響海水的二氧化碳濃度與酸鹼性不只是呼吸作用與光合作用，海流以及其他因素也是重要因子。邁阿密大學羅森斯岱海洋暨大氣科學學院蘭登博士(Chris Langdon)指出“目前還沒有人能夠釐清這些因子”。

目前這個試驗性研究確實觀察到海水的酸性在晚間有增加的現象，而白天則減少。然而，最引人注目的成果是發現無論在沙地或珊瑚礁附近，海水酸鹼值的改變(酸化)相當明顯(相當於五分之一的海水受大氣中的二氧化碳影響變化)。馬汀博士指出，“我們很訝異於這個影響是如此廣泛”。一個可能的解釋是，居住在沙地的生物活動產生二氧化碳的量與珊瑚礁相當。另一個可能的原因是，海綿或其他生物是放出二氧化碳的能力很強。過去這個團隊在寶瓶座探測艙也曾發現到海綿每天會主動過濾出相當於他們體積10萬倍的海水。這個主動運輸的過程，海綿或其他微生物將會需要大量的食物，並且排放出驚人的二氧化碳。

另一個重要的發現指出了海綿與珊瑚的消長關係。海綿或其他生物產生的二氧化碳，將酸化礁岩表面幾公分厚的海水，若海綿或其他生物的造成海水酸化的改變很明顯，酸化的環境將會影響珊瑚的生長。目前已經有充份的研究證據指出，生長在礁岩附近的珊瑚分布確實已經漸漸減少，而海綿群聚的數量則持續增加中。海綿的增加將使二氧化碳排放量更加惡化。

寶瓶座探測艙這一系列較深層海水的長期研究十分重要，如果自然界的生物作用導致較深層的海水酸化更加嚴重，將意味著礁岩上的生物(如珊瑚幼體)所處環境的酸鹼值，將會比科學家過去的預測值更低。寶瓶座探測艙目前已提供了相當多的成果發表在頂尖的學術期刊上，但這些研究人員相信，這些試驗性研究只是一個啟動未來這一系列研究的開端，將有更多先進的儀器與研究人員將持續投入這一系列的研究中。

參考資料：
Sleeping with the fishes
Nature Reports Climate Change
Published online: 27 November 2008 | doi:10.1038/climate.2008.127