（要闻）北冰洋成全球海洋酸化“放大镜”

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工作人员在冰站取样。欧阳照片

9月26日，在中国进行了第九次北极科学考察的“雪龙”号，以超过12000海里的航程，返回了它的母港——上海中国极地中心站。

这次考察，考察组以“雪龙”为平台，围绕海洋酸化等热点问题进行了深入的全方位监测。

什么是海洋酸化？北冰洋海洋酸化研究有什么特殊意义？目前北冰洋酸化研究的难点是什么？《科技日报》记者采访了相关人士。

全程监测北冰洋海水ph值

而全球变暖，海洋酸化也来源于人类向大气中过量排放二氧化碳。

不同的是，全球变暖是由于二氧化碳排入大气的温室效应，海洋酸化是溶解在海水中的二氧化碳与水发生化学反应，产生大量的碳酸盐和氢离子，成为北冰洋的“苏打”。随着海水中二氧化碳溶解量的增加，海水的ph值和碳酸钙饱和度不断降低。

航海观测是海洋酸化研究的重要组成部分。因此，对于自然资源部第三海洋研究所助理研究员蒂奇来说，雪龙从上海出发，经过日本海、鄂霍次克海和白令海，到达北冰洋高纬度海域，再从北冰洋回到上海的69天航程，具有特殊的意义。

“在船出海后，借助安装在船体上的高精度ph导航观测系统，我们可以每20分钟获得一次表层海水的高时间空分辨率数据。据初步统计，北极科学研究已获得2000多个点，跨越多个纬度和经度。蒂奇告诉记者。

海洋酸化是一个非常缓慢的过程。如果精度不高，根本看不到这种变化。蒂奇说，在这次探险中，除了ph导航系统之外，它还可以监测整个路线，并建立了40多个水文站。水文站采样是将重200公斤以上的ctd放入海中进行相关作业。Ctd由24个10升的集水瓶和一些检测仪器组成。每次下降到一定深度，集水瓶都会自动采集海水样本。船上实验室的计算机也将实时接收和显示仪器观察到的海洋数据。

蒂奇告诉记者，在这次行动中，ctd沉入海底4000多米，通常需要4个多小时才能完成作业。虽然采样工作量大，但它是获取海洋全深度酸化数据最可靠的手段。此外，水文站的地面数据可以与导航数据进行比较和校正，从而保证导航观测数据准确性的可靠性。

为了了解海冰下海水的酸化情况，本次调查建立了9个短期冰站和1个长期冰站。当船到达冰站时，工作人员将乘坐小船从船上下降到浮冰上，通过冰芯钻孔采集和半自动集水系统采集样品，并通过海洋环境多参数分析仪现场分析温度和盐度。而冰站运行是探索海冰融化驱动酸化机制最直接的途径。

酸化比太平洋或大西洋快4倍以上

1999年，经国务院批准，中国首次北极科学考察乘坐“雪龙”号极地科学破冰船进行了北冰洋处女航。当年的科研任务中，对海洋酸化的研究，很多人还不太熟悉，由当时的组长、首席科学家陈立奇研究员带队。

20世纪80年代，陈立奇作为美国最早被中国选中研究全球变化科学的学者之一，参与了“海空实验计划”的全球计划。大量的实践和研究使他敏锐地意识到，人类活动在全球变化中的作用已经接近并超过了自然变化的强度和可变性。

“从工业化到本世纪初，海洋的平均ph值下降了0.1，从每一百年下降到每十年。”谈到研究的初衷，陈立奇回忆说，在这种全球变化的背景下，北冰洋作为一个生态系统结构简单、对气候和环境变化最敏感的地区，首先会感受到这种酸化加速并被放大。

在过去的20年里，北极的气温上升是全球平均水平的6.7倍。北极的快速变暖导致北冰洋的海冰融化。每年夏天，开放水域超过1000万平方公里。高浓度的二氧化碳容易侵入北极海水，导致其上层水体酸度增加。

同时，全球变化和北极变暖导致的北冰洋环流和大气模态异常，使北冰洋酸化加剧。北冰洋海冰覆盖面积的迅速退缩，诱发了太平洋酸化海水的大规模入侵，这也是北冰洋酸化海水迅速扩张的主要原因。

如今，许多研究证明，北冰洋是全球海洋酸化的“领头羊”。

“北冰洋是我们长期以来第一个如此快速、广泛观测到的海洋，比太平洋或大西洋观测到的结果快四倍多。”蒂奇表示，经过9次北极考察，在仔细分析过去20年所有横跨北冰洋的航行数据的基础上，结合中国以往北极考察的数据整合，发现北冰洋酸化水以每年1.5%的速度快速膨胀，预计本世纪中叶酸化水将覆盖整个北冰洋。

形成一个全球观察网络，用数据说话

2016年，一条新闻引起了关注。大堡礁沿着澳大利亚东海岸绵延2300公里，由于大规模的珊瑚漂白，已经导致北部和中部地区约35%的珊瑚死亡或濒临死亡。白化现象最严重的珊瑚礁有一半以上已经死亡；剩下的一些珊瑚无法从白化病中恢复，死亡率还会进一步上升。

海洋酸化的影响打破了地理界限。

在北冰洋，翼足类海螺是北极食物链的重要组成部分，也是北极鲑鱼和鲱鱼的重要食物。2013年出版的《北冰洋酸化评估:决策者摘要》指出，北冰洋正在酸化，对海洋生物和渔业资源构成威胁。

蒂奇解释说，在低ph值的海水中，为了保护自己，这些钙化的生物会变得更小更厚。作为诱饵，它们的价值也会下降，影响渔业和水产养殖，进而通过食物链破坏整个生态系统。

从横轴时间来看，自第三次北极考察以来，中国北极科研酸化研究安装了船载二氧化碳观测系统，不仅可以观测海洋吸收二氧化碳的量和潜力的变化，还可以为评估海洋酸化提供重要数据；在中美国际合作的基础上，第四次北极科学研究开发的净群落生产力导航观测系统扩大了生物过程对海洋酸化的研究和贡献评估。

蒂奇说，目前的海洋酸化已经演变成全球生态环境危机。虽然在北冰洋开展海洋酸化研究意义重大，但也面临诸多困难，数据是主要瓶颈。

目前，欧盟、美国、加拿大、日本、韩国科学家对北冰洋的海洋酸化研究给予了高度重视，研究了海水酸化、海冰融化、生物过程以及冬季太平洋海水入侵的影响。面对世界上海洋研究最缺乏的地区之一，这些国家的研究人员也受困于高时间空尺度的数据。

几年前，中国提出了以北冰洋和北太平洋酸化为重点的观测网计划(npaoa-on)。“我们对北冰洋酸化的研究表明，全球气候变化驱动的海洋酸化没有国界。人类需要共同努力，重点关注典型海域酸化的实时监测，形成全球观测网络，评估酸化趋势和影响，采取对策和缓解措施，构建海洋生态屏障。”陈立奇说。

在这次科学考察中，我国还邀请了法国和美国科学家乘坐雪龙号收集海洋酸化数据，就这一全球环境热点问题开展科学合作。

"就目前的研究而言，海洋酸化的损害后果仍难以评估。"但蒂奇确信，要理解酸化对海洋生态系统的意义，我们需要用数据说话，并进行长期监测研究。(记者陈瑜)