氣候變化不僅使全球海洋變暖，還使得海洋生物呼吸更加困難。
華盛頓大學海洋學學院副教授柯蒂斯·多伊奇（Curtis Deutsch）研究全球氣溫升高如何改變世界海洋中溶解氧的水平。科學家們一直在警告說，可用氧氣的減少會增加一系列物種的壓力，即使它們也面臨著氣溫上升和海洋酸化的影響。
多伊奇的最新研究正在理清多少氧氣損失與氣候變化有關，又有多少是由於氧氣水平的正常變化。
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他說：“隨著氣候變暖，氧氣量會下降，但要在海洋中看到這種變化真的很難。”
多伊奇和美國國家大氣研究中心以及佐治亞理工學院的科學家們使用地球系統建模方法，繪製了到21世紀末全球海洋氧氣水平的變化圖。
圖片由美國國家大氣研究中心馬修·隆提供。
他們發現，區分全球變暖的影響與其他氧氣損失來源是可能的。早在2030年至2040年，全球海洋中就可以檢測到氣候驅動的氧氣水平下降。在某些地方，如印度洋南部以及東部熱帶太平洋和大西洋盆地的部分地區，與氣候相關的脫氧跡象已經顯現，而其他地區到2100年都不會發生變化。
研究人員最近在《全球生物地球化學迴圈》雜誌上發表了他們的研究結果。
“在某些地方，您實際上可以相對較早地檢測到變化，就像現在一樣。氣候變暖的特徵正在創造一些歷史上從未見過的東西。其他地方則很難檢測到，要麼是氧氣緩慢減少，要麼是（自然）變化太大。因此，基本上結果取決於您所在的位置，”多伊奇說。
海洋 O2 研究充滿挑戰
氣候變化的影響在氧氣耗竭事件極端或低氧水平趨勢長於正常水平的區域很明顯。他解釋說，像印度洋南部這樣最早顯示出最強變暖訊號的地方往往是受變暖影響最嚴重的地區。
這些變化對各種海洋生物都有重大影響。
他說：“氧氣在物種能否生存方面發揮著至關重要的作用。”
每當海洋溫度升高一度，氧氣濃度就會下降2％。短期而言，較高的溫度會減緩海洋環流速度，加劇區域氧氣耗竭。溫度升高導致海洋水層分層，因此富氧的表層水與來自深海的貧氧水混合的能力降低。
與此同時，較高的溫度給海洋生物帶來了更大的壓力，導致它們的新陳代謝加速，對氧氣的需求增加。
多伊奇說：“因此，您會發現各種因素都在兩方面擠壓著它們。”
對氣候變化如何影響海洋氧氣水平進行全球研究一直是海洋科學家面臨的持續挑戰。一個問題是，研究人員研究海洋氧氣水平的時間並不長，因此沒有大量的資料收集歷史可以借鑑。
即使研究了海洋氧合作用，氧氣水平被取樣的地點數量也有限。而且由於取樣不一定隨著時間的推移保持一致，因此研究人員可能會發現低或高氧氣讀數，而這些讀數實際上是異常值。
這使得科學家們仍在提出一個問題——全球變暖在多大程度上限制了全球範圍內的氧氣供應？
“你永遠無法用資料真正回答這個問題，我們只有我們擁有的資料。唯一的方法是使用模型來詢問，變暖訊號需要多長時間才能明顯超出正常範圍，”多伊奇說。“我們仍然處於全球變暖現象的早期階段，而且本世紀二氧化碳的上升速度比上個世紀快得多。”
影響遠不止酸化
為了使他們的預測更加準確，多伊奇希望透過近4000個Argo浮標（收集資料並向衛星傳送資訊的自主海洋機器人）來更廣泛地使用海洋氧氣監測。他說，目前，這些浮標主要用於收集溫度和鹽度資料，但是已經存在可以測試氧氣水平和酸度的技術。
他們在研究中使用的計算機建模能夠透過模擬自然海洋過程並顯示全球範圍內的廣泛模式，來確定氧氣水平可能何時何地達到無法恢復的歷史低點。
俄勒岡州立大學綜合生物學系副教授弗朗西斯·陳（Francis Chan）說：“這正是我們該領域一直在等待的那種研究。” 陳沒有參與這項研究。陳研究俄勒岡海岸附近的海洋氧氣濃度。
他將研究人員的發現描述為“令人沮喪”，並證實了其他觀察性研究中記錄的海洋變化。
陳說：“這更像是一個警鐘，我們一直擔心的變化比我們許多人想要的更強烈，而且迫在眉睫。”
先前的研究也表明，全球海洋氧氣水平正在下降。2011年發表在《地球物理研究快報》上的一項研究發現，在1970年代至1990年代之間，上層海洋的氧氣濃度普遍下降。進行這項研究的澳大利亞科學家認為，氧氣損失的主要驅動因素是表層水和深海之間的分層增加，從而阻止了氧氣充分混合。
其他研究人員，例如斯克裡普斯海洋學研究所的榮譽研究海洋學家兼加利福尼亞合作海洋漁業調查前主任託尼·科斯洛（Tony Koslow），則專注於氧氣水平的變化如何影響海洋生物。
他說：“我認為有充分的證據表明，由於變暖，氧氣水平已經在下降，而且沒有任何自然模式會導致全球下降。”
科斯洛研究了氣候變化驅動的變暖對被稱為氧氣最小值區（OMZ）的影響，這些區域是自然發生的低氧區域，位於海洋表面以下很深的地方。2011年，他發表了一項研究，內容是關於自20世紀中葉以來，生活在加利福尼亞州南部海岸OMZ上方的魚類種群是如何變化的。
科斯洛和他的同事發現，自1951年以來，這些中層魚類的24個分類單元下降了60％以上。同時，在過去的20年中，OMZ向上擴充套件到海洋表面40米，並且在過去十年中，氧氣水平下降了20％。科斯洛推測，氧氣減少迫使魚類更靠近水面，在那裡它們更容易受到捕食者的攻擊。他將這種規模的下降描述為“可能具有重大意義”。
儘管這些魚類沒有商業價值，但它們是其他魚類、魷魚和鯨魚等海洋捕食者的重要食物來源，有助於支援生態系統健康。更廣泛地說，先前的研究發現，自1950年代以來，印度洋，太平洋和大西洋的OMZ中的氧氣水平下降。
科斯洛說，在大多數情況下，公眾並沒有那麼瞭解氣候變化對海洋氧氣水平的影響。
“人們談論氣候變化很多，但是當他們談論對海洋的影響時，他們談論的是溫度和酸化。但是對氧氣的影響非常大，而且我們已經看到了這些影響，”科斯洛說。
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