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某科學の超電報

東沙珊瑚記錄 21 世紀人類排放氮 對遠洋的影響

2017/06/05 |

快訊分類學園都市必備 快訊標籤化石燃料, 固氮作用, 東沙環礁, , 和 遠洋

臺大地質系任昊佳助理教授團隊研究榮登《Science》雜誌

研究首次直接觀測到人為氮排放對遠洋環境的影響,結果顯示化石燃料能源的使用所排放的氮可以傳播到遠洋,結果再次警示我們:人類活動對自然環境造成的影響正在進一步擴大,我們在滿足自己欲望的同時,也正向自然環境和其它生物施加壓力。圖/科技部提供

臺大地質科學系任昊佳助理教授帶領跨國研究團隊在「Science」雜誌上發表研究成果,首次直接證實人類活動排放的氮已經影響到遠洋環境。這項研究首次直接觀測到人為氮排放對遠洋環境的影響,結果顯示化石燃料能源的使用(包括煤炭消耗和車輛排放)所排放的氮可以傳播到遠洋,並立刻為生物所利用。我們向自然環境中排放的氮已經頻繁的造成陸地湖泊、河流以及沿岸海域富營養化,引起藻類及其他浮游生物的迅速繁殖,使水體溶解氧含量下降,造成水中生物的衰亡甚至絕跡,而該研究的結果再次警示我們:人類活動對自然環境造成的影響正在進一步擴大,我們在滿足自己欲望的同時,也正向自然環境和其它生物施加壓力。

海洋氮循環與生物的自然制約

海洋浮游植物與所有生物一樣,需要氮才能生長,雖然空氣的主要成分是氮氣,但是氮氣不能為大多數浮游植物使用,它們只能使用銨、硝酸鹽或有機氮等氮的化學形式。自然界將氮氣轉化為可供浮游植物使用的氮之過程稱為固氮作用,只有少數細菌和藍綠藻可以進行固氮作用,這使得海洋中能為生物利用的氮極其有限,從而抑制了浮游植物的生長。

人類破壞自然界氮循環平衡,可能播及遠洋

從上個世紀以來,人類活動迅速增加了固氮作用的速度。在 20 世紀初,Fritz Haber 和 Carl Bosch 兩位諾貝爾化學獎得主的研究發現了可以將大氣中的氮氣轉化為生物可利用氮的工業過程,Haber-Bosch 反應很快被利用於生產氮肥料。同時,內燃機的使用和其他工業燃燒過程導致氧化氮(NOx)向大氣中大量釋放。由於這些人類活動,每年進入生物圈的固氮量增加了一倍以上,這些固氮大部分都沈降在臨近的陸地上,並引起陸地生態系統的劇烈改變。人類排放的氮也可以經由大氣傳播到更遠的地方,電腦模擬的結果顯示,遠離大陸的海洋也會受到人類活動排放氮的影響,然而,至今沒有直接觀測證據支持這一論點,因為人為造成的固氮會因為海水的混合而稀釋,其影響也可能被海洋中固氮生物的活動抵消。

東沙珊瑚記錄人類對遠洋氮循環的影響

氮有兩個穩定同位素:較輕的 N14 和較重的 N15,人為排放的氮通常比自然環境中的氮含有更多 N14,使用氮的穩定同位素分析,任博士及其合作團隊試圖追蹤珊瑚中記錄的人為排放氮的信號。他們從南海北部的東沙環礁內取得珊瑚樣品,並測量珊瑚中所含有機氮的同位素組成。東沙環礁距離最近的陸地有 300 公里,人為排放的氮只能通過大氣傳輸到這裡,而其半封閉環形珊瑚礁環礁的地理環境使得科學家可以將其作為一個天然的實驗室來追蹤遠洋環境的變化。任博士的研究發現,自上世紀 90 年代末期開始,珊瑚中所含的較輕的 N14 同位素訊號迅速增強,其增強時間和趨勢與亞洲化石燃料燃燒(包括煤炭燃燒和車輛廢氣排放)的增加相符,而比電腦模擬結果晚幾十年,其變化的幅度表明,至 2010 年,人為造成的氮沈降佔該地區表層海洋年輸入氮量的五分之一。

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