2019-03-25 21:38:01
MBARI设计用于世界各地的海洋酸化实验

MBARI的科学家和工程师一直在开发新的方法来研究海洋酸化及其对自然栖息地海洋生物的影响15年。世界各地的研究人员一直在调整MBARI仪器,以便在从珊瑚礁到南极海底的栖息地进行自己的实验。最近在“海洋学进展”杂志的一篇文章中强调了这些不同的项目。

海洋酸化描述了海水与从大气中吸收的过量二氧化碳反应时发生的化学变化。酸化过程中海水碳酸盐化学的关键变化包括CO2的分压增加,酸度增加(海洋pH值降低)和碳酸根离子(CO32-)水平降低。这些化学变化对生物来说可能是生理上的挑战,破坏它们的内部酸碱平衡并损害壳或骨骼的钙化,最终增加“生活成本”以应对更高的海洋碳水平。对于某些生物,特别是一些海洋植物,增加的二氧化碳水平实际上可以促进生长,但对于许多生物来说,增加的二氧化碳会损害行为,生长,繁殖,生存和其他生命过程。

漂浮在室内试验罐的清澈湛蓝的海水中,MBARI的第一个自由海洋二氧化碳浓缩系统(FOCE)是一个圆形的管道笼,旨在用富含二氧化碳(CO2)的水浸入内部区域。受到研究二氧化碳浓度升高对土地的影响的启发,称为自由空气二氧化碳浓缩(FACE)实验,FOCE旨在回答一个关键问题 - 海洋中二氧化碳含量的增加如何影响海洋植物和动物?

FOCE系统由科学家Peter Brewer和工程师Bill Kirkwood领导的团队开发,并且在此过程中涉及大量工程师。在建立FOCE系统时,MBARI的科学家和工程师不仅希望阐明二氧化碳对海洋生物的影响,他们还在寻找一种方法将实验从实验室带入开阔的海洋。

科学家对海洋酸化对海洋生物影响的了解大部分来自实验室进行的对照实验,或者在天然二氧化碳通风口等环境中进行实地观察,这些环境可能在某些方面模仿未来富碳海洋的化学成分。这些方法有优点和缺点。大多数实验室实验都受到人工实验室条件的影响,这些条件无法复制海洋生境中的动态自然条件。尽管二氧化碳排放点附近的研究对于天然群落对酸度增加的响应提供了大量信息,但它们的二氧化碳水平通常变化很大,增加了确定导致生态系统损害的关键二氧化碳水平的难度。 FOCE系统旨在使实验能够测量海洋碳酸盐化学变化对近自然条件下相互作用的海洋生物群落的影响,超越人工实验室条件下对个体生物的研究。

FOCE系统试图为研究人员提供精确操纵实验条件的能力,同时结合自然社区的复杂性和可变性。正如研究人员在他们最近的论文中写道的那样,“这些优势使得FOCE成为理解海洋酸化影响当前差距的理想方法,包括长期和多重压力效应。”

在MBARI室内试验箱进行初步测试十多年后,FOCE系统已发展成为一种功能强大且功能多样的工具,正在全球范围内用于扩展我们对海洋酸化的认识以及海洋生态系统如何应对未来条件。这种对整个海洋社区进行长期海洋酸化实验的能力揭示了新的,意想不到的发现,这些结果挑战了科学家们所认为的知识,并引发了更多需要探索的问题。

新论文描述了不同的FOCE实验如何在各种各样的栖息地中使用。它还总结了每个实验的发现和局限性。

FOCE在地中海海草床上

在欧洲,研究人员使用FOCE观察海洋酸化对法国海岸地中海西北部Posidonia oceanica海草草甸的影响。该研究于2014年6月至11月进行,跨越多个季节,并测试了各种假设。

与之前的实验室研究一样,海草FOCE实验发现,pH值的变化会影响含有碳酸钙的坚硬骨骼的藻类的沉降速率。 pH值的变化也会影响生活在坚硬,富含钙的管内的蠕虫。

第二次海草FOCE实验表明,在健康的海草床存在下,这些藻类和蠕虫对海洋化学变化更具弹性。事实上,在健康的海草叶片上生长的藻类和蠕虫并未受到更高浓度的二氧化碳浓度的严重影响 - 这一发现与先前实验的结果形成对比。

在这种情况下,FOCE系统允许研究人员研究海草草甸作为一个社区的反应,并在更长的时间内观察它。它还揭示了意想不到的结果,突出了健康栖息地在缓冲未来pH变化中的重要性。

关于大堡礁的FOCE

同样,澳大利亚的研究人员利用FOCE系统观察降低pH值对大堡礁苍鹭岛珊瑚的影响。他们的FOCE系统建立在一个高度动态的近岸珊瑚群落中,提供了在稳定的实验室环境之外研究珊瑚的能力。这些实验表明,某些种类的珊瑚对pH的变化可能比以前认为的更具弹性。

FOCE在深海

在蒙特利湾,第一次深水FOCE实验显示pH的变化如何影响深海海胆的觅食行为和运动。在这个实验中,MBARI研究人员使用一系列“跑道”来追踪不同pH值水平的个体海胆的觅食能力。

FOCE在南极洲

最近,antFOCE实验安装在南极洲凯西站附近浅水区的冰下。该实验证明了FOCE系统即使在最恶劣的环境中也能收集有价值数据的能力。

像许多实验系统一样,FOCE设计存在缺陷。例如,由于研究地块必须封闭在部分开放(流通)的围护中以帮助控制海水化学,因此FOCE围栏内的研究生物所经历的条件与附近的自然环境有些不同。流经这些围栏的海水富含二氧化碳,但保持正常水平的浮游生物,温度和大多数其他因素,就像在FOCE室外的研究地块一样。与FOCE室外的区域相比,其他因素,例如电流或光照水平可能在室内减少。研究人员通过在没有经历酸化的FOCE外壳内包括“控制”图以及室外的开放图来回应这种担忧。

FOCE研究人员正在制定FOCE实验指南,以促进不同研究组之间的合作。这将使FOCE系统朝着用于测试假设和共享技术和设计改进的一致方法发展。

“理想情况下,下一代FOCE实验将包括增加复制,更长的实验,包括底栖物种和整个和多个季节周期的多代时间,多种环境因子方法,以及使用辅助孵化室进行短期检查生理和行为反应,“研究人员在他们的论文中提出。

最近的FOCE论文的作者指出,除了实验室实验和CO2通风口和其他代理环境的实地观察之外,迫切需要利用FOCE系统进一步研究。他们指出,人类必须为海洋中不可避免的变化做好准备。来自各种研究方法的高质量数据将使资源管理者能够预测并可能减轻这些变化的后果并保护海洋生态系统。

总之,FOCE系统是观察不断变化的海洋对整个生态系统的影响不可或缺的工具。正如研究人员所说,“从进一步的FOCE实验中获得的知识将对提高我们预测海洋酸化对自然生态系统影响的能力以及更好地支持其影响的管理做出重要贡献。”

猜您喜欢的其它内容