南海滨珊瑚同位素示踪人类活动强干扰下海水酸度变化及其环境效应

全球巨增二氧化碳含量，是当前哥本哈根国际气候大会提出减排的主要目标。二氧化碳含量的增加，造成了海洋的酸化，已经成为自然生态环境和人类面临的重大挑战，是全球性的科学问题。目前，海洋观察站记录的海水pH序列极少有超过十年。通过正离子质谱技术，利用南海滨珊瑚硼同位素示踪研究全球工业革命前后海洋酸化及其环境效应。建立南海北部和中部长尺度、高分辨的海水酸度序列。探明南海酸度变化规律，揭示南海近海和远海酸度变化历史是否存在异同。重点研究自然过程和人类活动分别对南海酸度变化的贡献权重和南海酸度未来的变化趋势。百年尺度的南海酸度变化序列的建立，对正确评估全球工业革命后海洋酸化现状和未来酸化的速率以及程度，评估南海固碳的能力和潜力, 对监控全球温室气体排放，合理开发海洋资源、妥善保护生态环境，为我国实施"海洋世纪"的大战略提供具有重要价值的科学判据。

由于器测pH记录极其有限，我们对人类排放的二氧化碳对海洋影响知之甚少。通过南海珊瑚硼同位素，重建了南海两个典型暖期，中世纪（AD 1048-1079）和现代暖期（AD 1838-2001）海表水pH值。结果发现1830年到1870年期间南海水pH值与中世纪暖期这段记录相当,都处在8.1到8.2的高值阶段。而那之后，与大气二氧化碳含量增加相对应，出现明显下降趋势（两者线性相关，R2 = 0.63, n =41, p < 0.0001）。1840年后的110年内平均下降速率为-0.0011 ± 0.0003 pH year-1 (R2 = 0.35, p = 0.0009)；1950年后下降速率增加两倍，达到-0.0029 ± 0.0013 pH year-1 (R2 = 0.33, p = 0.04)。与此同时珊瑚δ13C也呈现长期的下降趋势(-0.0037 ± 0.0010 year-1, R2 = 0.26, p = 0.0007)。以上特征表明南海确实大量吸收了大气二氧化碳，正在变酸。当AC控制南海海表水酸度的长尺度变化时，在年代际尺度上海水pH值0.1-0.2的大幅波动波动与亚洲冬季风强度关系密切。当冬季风偏弱时，珊瑚礁钙化和珊瑚礁生态系统的呼吸作用加强导致海表水CO2堆积，海水pH值下降；反之，冬季风偏强，珊瑚礁海水同开放的海水交换加强，同时初级生产力加强导致海表水CO2下降，海水pH值上升。这种机制同两周分辨的重建数据和观测资料完全吻合，风速越高，海水pH值越高，反之亦然。由于高纬度陆地热容比低纬度海洋低得多，全球暖化下，海陆温差会继续减弱，从而消弱亚洲冬季风。偏弱亚洲冬季风也许会处于常态。随着大气二样化碳的继续排放和增加，全球暖化这一海洋酸化的“孪生双胞胎”，会加剧南海酸化的速度，对这地球上生物多样性最丰富的海域的生态系统，尤其是造礁珊瑚产生难以估量的影响。