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全球气候变暖对海洋温度和海洋生态的热特性影像

全球气候变暖造成的海水温度变暖和海平面上升，正在对海洋生态系统和海水的热特性造成损害。

前言

温室效应的不断累计，让原本负重不堪的地球生态系统更加恶化，目前已造成了不可逆的全球生态破坏，也成为了我们这一代人共同面临的挑战。全球气候持续变暖，会导致大气温度升高、海水温度升高，进而引发海平面上升、沿海地区台风海啸等灾难天气的频发，不管是对海洋生物的多样性，还是对人类的工作生活，都会产生无法估量的严重后果。在过去的在过去的50年里，全球变暖带来的90%以上的热量被储存于海洋中。最近的研究发现，从1971年到2010年，表层海水变暖占总变暖热储能的63%以上。若储存在海洋中的这些热量最终释放到大气层中，会导致更加严重的全球变暖事件的发生。全球的温室气体的排放如果一直不减少，全球的生态系统都会遭到无法修护的损害。

按行业分类的年度全球温室气体排放量
图1：按行业分类的年度全球温室气体排放量

海洋约占地球表面积的约 70%，最深深度超过 3688 米。海洋吸收的热能通过自然洋流，在全世界范围内进行重新分配转移。除了云、水蒸气和温室气体是海洋热能的来源，海洋大部分的大的部分热能来自于太阳，海洋俨然成为了太阳能最大的收集器。

液体中的热传递过程称为热传导和热对流。热传导是通过直接接触传递热能，而对流是通过液体或气体的运动传递能量。对流传热系数可通过方程式q=h∙ΔT来换算，其中q是热流密度[W∙m2]，h和ΔT分别代表是传热系数[W/(m^2.K)]、温差[℃/K]。海洋很容易保留热能，通常几十年内不会将热量释放到地球其他系统中。水比空气的比热容值（是指将物质的单位质量提高一个单位温度所需的能量）会高一些。举例空气的比热容值为1158焦耳，水的比热容值为3850焦耳。从这个数据可以看出，与空气相比，一公斤海水升温需要三倍于空气的热量。大家可以简单理解为水相比于空气需要获得更多的热量来升温。

小至 2 度的温度变化，就可以将藻类赶出它们的栖息地。珊瑚可以在白化事件中幸存下来，但如果它们继续生活在海水升温的环境下，它们就会变得非常容易死亡。

珊瑚白化

虽然与空气相比，海洋温度上升1摄氏度所需的热量和时间要长得多，但即使温度的微小变化也会对海洋生物产生深远的影响。海洋水温上升对海洋生态最具代表性的一个影响之一就是珊瑚白化。珊瑚礁对海洋系统的碳中和及营养供给循环有着非常重要的作用。珊瑚体内的共生藻（虫黄藻）通过光合作用为珊瑚提供生存所需的能量，海水温度过高时，珊瑚共生藻就会离开珊瑚，导致珊瑚的颜色逐渐变浅，直至变白，最终删除会因失去营养供给而死亡。而将共生藻赶出它们的栖息地，只因微小至2摄氏度的海水水温变化。当然也有一些珊瑚在白化后，如果不再经受温度变化的压力环境，可以通过继续获得共生藻，从而局部复原，但环境如果继续恶化，珊瑚则极易白化死亡。

被白化的珊瑚礁
图 2：被白化的珊瑚礁

珊瑚白化对海洋生态系统来说是一个极具破坏性的生态事件。一旦珊瑚死亡，它们很难再次复活，并且珊瑚繁殖能力弱，这会导致珊瑚生态系统的持续恶化。珊瑚是很多海洋生物的食物提供来源和栖息地。珊瑚白化会降低海洋生物的食物供给下降，降低海洋生态产能，影响人们的生活。在过去三年中，世界上 1/5 的珊瑚走向了消亡，如果海洋温度继续以目前的速度攀升，那么珊瑚所带来的的海洋生态多样性将会永久性地消失殆尽。

溶解氧含量

海洋变暖对海洋生物造成损害的另一个后果是水中溶解氧量的下降。溶解氧是指水中可用的游离、非复合氧的水平。溶解氧的生存非常依赖于温度的变化，较高的水温只含有较少的氧气。溶解氧含量是海洋生态健康的一个重要的参数。溶解氧是鱼类、无脊椎动物、细菌和植物等多种水生生物耐以生存的必要成分，所以，溶解氧的多与少会对生活在海洋中的许多生物的健康产生巨大影响。

描绘水分子结构的路易斯图
图3：描绘水分子结构的路易斯图

海洋中的大部分氧气是通过浮游植物（微小的海藻和海带）的光合作用产生的。这些初级生产者在接收最多阳光的海洋表层最丰富。该区域也极具生物多样性，是珊瑚礁栖息地。 阳光可以穿透海水100 米，使该地区成为最富氧的层。 大多数海洋物种严重依赖大量氧气来进行有效呼吸。 生活在该地区下方的物种严重依赖洋流向它们输送氧气。 如果表层中缺乏氧气（由于水温高），这也将导致海洋底层变得严重缺氧。

氧气的溶解度随着水温的升高而降低。 与温暖的浅地表水相比，冷水将自动具有更好的保持更高浓度溶解氧的能力。 盐度（盐浓度）也在影响水体溶解氧浓度方面发挥作用。 大多数海水的盐浓度为百万分之 35 或 3.5%。 这一特性解释了为什么盐水的溶解氧自动比淡水平均少 20%。 海水自然含有较少的溶解氧，可供水生野生动物用于呼吸，这使得保护已经存在的东西变得更加重要。

氧的溶解度随着水温的升高而降低。与温暖的浅表水相比，温度更低的水有更好的含氧量。盐浓度对水体的溶解氧浓度也有影响。大多数海水的盐浓度为3.5%，这一特性解释了为什么盐水的溶解氧平均比淡水少20%。海水中的溶解氧自然较少，可供水生海洋生物生存，这让保护海洋显得更加重要。

冰川融化与海平面上升

由于温水分子间隔更远，所以温水比冷水占用体积更大。随着水的升温，海水分子获得更多的动能，分子开始发生膨胀反应，继而海水体积整体扩大，这种现象被称为热膨胀。所以，冰川融化，可以解释海平面上升的大部分原因。自 1880 年以来，全球海平面上升了 23 厘米以上，目前的上升速度为每年 0.32 厘米。海平面的上升会对沿海社区、基础设施造成严重破坏，并可能迫使这些地区的居民搬迁。在全球范围内，15 个超级城市中有 11 个直接位于海岸，海平面的上升会让这些沿海城市造成洪流威胁。这不仅会破坏沿海地区的基础设施，造成巨额资金损失，甚至会影响沿海地区居民的人身安全。 2015 年，全球海水侵入造成了超过 60 亿美元的基础设施损失，到 2050 年，这一代价可能会增加到近 1 万亿美元。

冰川的融化也威胁着沿海的动物。北极熊捕猎海豹依靠海冰的存在，若海冰变薄甚至融化，将造成北极熊无法继续捕食海豹，这让北极熊面临着生存危险和灭绝危机。

北极熊站在变薄的海冰上
图4:北极熊站在变薄的海冰上

结论

随着全球气候变暖、海水温度继续升高，将导致全球生态系统的持续恶化。冰川的融化和海平面的上升，会导致依存于珊瑚的生态多样化的浅海区域，因珊瑚白化消亡而随之消亡；沿海城市面临着洪流威胁，北极熊的生存环境将面临更加严峻的考验。如果海洋继续以目前的速度变暖，预计到2025年，海水温度将上升0.4-1.1摄氏度（2020年海洋健康指数），这将消除所有剩余的所有珊瑚，并对整个海洋的物种多样性产生深远影响。《巴黎协定》和《京都议定书》等立法正在努力应对这些负面影响，并要求社会做出积极的改变，但如果没有全球范围的共同努力来应对气候变化，人类对海洋生态系统造成的破坏，不太可能在近期内减少。

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文献参考：

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