大灭绝时代：环绕我们的海洋

编者按：《纽约客》记者伊丽莎白•科尔伯特一一亲历全球生态现场，穿插结合三百年科学认知与最新锐生态观点，写下《大灭绝时代》，为读者画出了今天世界的轮廓：我们的确生活在一个非同凡响的时代，第六次物种大灭绝已经开始。巨变的范围是如此广大，只要在正确的指引之下，随便去哪里都能发现灭绝的现象。随着故事的推进，读者也能像科学家一样渐渐意识到：当前发生的这一轮大灭绝，源头就在人类自己身上。本书获2015年第99届普利策非虚构类写作奖，以下内容选自书中第六章《环绕我们的海洋》。

阿拉贡堡（Castello Aragonese）是一座从第勒尼安海中笔直升起的小岛，看起来就像只乌龟一样。它位于那不勒斯南方约30公里处，可以从较大的伊斯基亚（Ischia）岛上通过一座又长又窄的石桥到达。在桥的尽头有个售票亭，花10欧元买张票就能让你爬上那座赋予这个小岛名字的壮观城堡，或者更准确地说，是乘电梯上去。城堡中有一个中世纪刑讯用具展览，还有一间很有意思的酒店和一家室外咖啡厅。在夏天的夜晚，这家咖啡厅应该是个绝好的去处，既可以品尝金巴利开胃酒，又可以遥想恐怖的过去。

像许多其他的小地方一样，阿拉贡堡也是极其巨大的自然伟力的产物，具体来说是非洲板块向北的漂移，每年能让的黎波里向罗马靠近两三厘米的样子。沿着两个板块间的复杂岩层褶皱，非洲板块被压进了欧亚板块中，有点像是一块金属板被硬塞进熔炉之中。这个进程偶尔会导致剧烈的火山喷发。其中发生在1302年的那次火山喷发令伊斯基亚岛上的全部居民不得不躲到了阿拉贡堡。大多数情况下，这个板块漂移的进程只是让海底的一些孔洞中冒出一串串的气泡而已。这些气泡里百分之百都是二氧化碳。

二氧化碳有很多有趣的性质。其中之一就是能够溶解于水中形成酸。我是在旅游淡季一月底去的伊斯基亚岛，专门要到那冒着气泡的酸化海湾中游泳。海洋生物学家杰森·霍尔-斯宾塞（Jason Hall Spencer）和玛丽亚·克里斯蒂娜·布亚（Maria Christina Buia）答应带我去看海底那些冒泡的洞口，前提是天气预报说的暴风雨并未到来。出海那天是阴冷的天气，天空是灰色的，我们乘着一条改造成考察船的渔船颠簸前进。我们绕着阿拉贡堡，在距岛上崖壁近20米处下锚。在船上，我看不到那些洞口，但能看到它们存在的迹象。藤壶组成了一条发白的条带，绕在岛的根基上，只有洞口上方没有藤壶生长。

“藤壶生命力很强。”霍尔-斯宾塞评论道。他是英国人，满脑袋暗金色的头发四处支棱着。他身上穿着低温潜水服，能够保证身体不被弄湿，但看上去就像是要去太空旅行一样。布亚是意大利人，长着及肩的红棕色头发。她把衣服脱掉，露出泳衣来，然后以专业的动作穿上了潜水服。我试着学她的样子穿上专为此行租借的潜水服。当我费力地拉扯背后的拉链时，我意识到这件潜水服大概小了半号。我们都戴好面罩，穿好脚蹼，一起翻入水中。

海水冰冷彻骨。霍尔-斯宾塞带着一把小刀。他从岩石表面撬下一些海胆拿给我看。它们的刺像墨水一样黑。我们沿着岛的南侧继续游向那些海底的洞口。霍尔-斯宾塞和布亚不时停下来收集标本，有珊瑚、海螺、海藻、贻贝。他们把这些标本放在身后拖着的一个网兜中。当我们离得足够近时，我看到了从海底升起的那些气泡，就像是一串串水银珠。一片片海草在我们下方摇曳，草叶是种诡异的艳绿色。我后来才知道，这是因为缺乏一种通常附着在其表面上、会令其颜色变暗的微生物。我们离洞口越近，能收集的标本就越少。海胆没有了，贻贝和藤壶也没有了。布亚发现一些倒霉的帽贝附在岩石上。它们的壳已经薄到几近透明了。一大群水母漂过来，投下比海水稍暗的阴影。

“小心，”霍尔-斯宾塞警告我，“它们会蜇人。”

自从工业革命开始，人类已经燃烧了足够多的化石燃料，包括煤、石油以及天然气，共向大气中添加了3650亿吨的碳。去森林化则贡献了另外1800亿吨。每年，我们还要向空气中排放约90亿吨，约合每年增加6%。以上这些行为的结果就是，今天空气中的二氧化碳浓度略高于0.04%，超出过去80万年间任意时期的水平，很可能也高于过去几百万年间任意时期的水平。如果目前的趋势持续下去，二氧化碳浓度将会在2050年超过0.05%，差不多是工业时代之前水平的两倍。据预计，这样的增长幅度会导致全球平均气温上升2～4℃，进而引发一系列改变世界的事件，包括大多数现存冰川的消失，低海拔岛屿和沿海城市的淹灭，以及北极冰盖的融化。但这还只是故事的一部分而已。

海洋覆盖着70%的地球表面。只要水和空气有接触的地方，就会有两者间物质的交换。大气中的气体成分会溶解到海水中，而海水中溶解的气体也会释放到大气中。当两者达到平衡时，溶解的量与释放的量就基本一样了。我们对于大气成分的改变会打破这种平衡： 进入水中的二氧化碳多于从水中出来的量。这样一来，人类实际上是在持续向大海中注入二氧化碳，远超过那些海底的洞口释放的量，而且是从表面而非底部注入的，还是全球性的。今年海洋将会吸收25亿吨的碳，预计明年还会再吸收25亿吨。实际上，每个美国人每天向海水中注入的碳超过3公斤。

拜所有这些额外的二氧化碳所赐，海洋表层水体的平均pH值已经从8.2降低到了8.1。就像地震的里氏震级一样，pH值也是按对数计算的，也就是说，即使数值上只改变了这么一点点，实际情况的变化也将是巨大的。pH值降低0.1意味着海洋的酸度比1800年提高了30%。假设人类继续燃烧化石燃料，海洋将持续吸收二氧化碳，从而加剧酸化。如果排放情况照旧不变的话，表层海洋的pH值将会在21世纪中叶降到8.0，并在世纪末降到7.8。到了那时候，海洋的酸度将比工业革命之前提高150%。注意pH值范围是0～14。7代表中性，高于7代表碱性，而低于7代表酸性。天然海水是碱性的，所以，通常被称为“海洋酸化”的pH下降过程也可以叫作“海洋碱性的下降”，相对而言就没那么好记了。

由于海底洞口持续涌出的二氧化碳，阿拉贡堡周围的海水为全球范围内的海水提供了一个几乎完美的预演。这就是为什么我要在一月份潜入这座岛周围冻得我渐渐僵硬的冰冷海水中。在这里，你可以在未来的海水中游泳，甚至是淹死——这想法让我不禁一阵恐慌。

当我们回到伊斯基亚岛的港口时，起风了。甲板上杂乱地堆放着用光的气瓶，滴水的潜水服以及一箱箱满满的标本。这些东西从船上卸下来之后，都要靠人提着穿过狭窄的街道，带回当地的海洋生物学考察站。考察站坐落在一处陡峭的岬角上，俯瞰着大海，是由19世纪的一位德国博物学家安东·多恩（Anton Dohrn）建立的。在门廊里，我注意到墙上挂着一封信的复制品，是由查尔斯·达尔文写给多恩的。在信中，达尔文表示从一位他们共同的朋友那里获知多恩工作过度劳累，表达了他对多恩的关切。

布亚和霍尔-斯宾塞把从阿拉贡堡岛周围采集来的动物安置在地下实验室的水箱中。这些动物在我非专业的眼光来看都很迟钝，甚至可能已经死了。但过了一会儿之后，它们开始摇摆自己的触手，搜寻食物。其中有一只海星少了一只腿，有一大团珊瑚体型细长，还有一些海胆用自己那几十条像线一样的“管状脚”在水箱里逛来逛去。（海胆的每条管状脚都是用液压力量来控制的，靠水的压力来伸出或缩回。）还有一条长达15厘米的海参，很不幸，长得就像一条血肠，甚至更糟，像是一条大便。在寒冷的实验室里，海底洞口的破坏作用得以清晰呈现。飓风钟螺（Osilinus turbinatus）是一种常见的地中海海螺，壳上有交替的黑色和白色斑点，花纹就像是蛇皮一样。水箱中的飓风钟螺壳上却没有花纹，因为带脊的外层都已经被腐蚀掉了，暴露出里面全白的平滑内层。地中海射线帽贝形状就像是中国的斗笠。水箱中的一些地中海射线帽贝的外壳受到了严重的破坏，透过壳已经能看到里面油灰色的肉质部分了。这些帽贝看起来就像是在酸里泡过一样，从某种意义上来讲也的确如此。

“因为，pH值是很重要的，我们人类的身体花费了很多的能量来确保我们的血液维持在一个恒定的pH值上。”霍尔-斯宾塞一边说一边提高了声音，以盖过流水的噪声。“但是一些这样的低等动物没有那种生理机能来维持pH值。它们只能忍受外界发生的一切，于是被逼到了超出极限的地步。”

稍后吃比萨的时候，霍尔-斯宾塞给我讲了他第一次去那些洞口的情况。那是2002年的夏天，他当时正在一条意大利科考船“乌拉尼亚女神号”上工作。在一个炎热的日子里，“乌拉尼亚女神号”经过伊斯基亚岛，船员们决定停船下锚，下海游泳。有些知道那些洞口的意大利科学家带着霍尔-斯宾塞去看看，只是为了好玩而已。他很享受这种新奇的体验，在一串串气泡之间游泳，就像是在香槟酒中泡澡一样。不过，收获不仅于此，这次体验令他开始思考一个问题。

当时，海洋生物学家刚开始认识到酸化所带来的危害。人们已经得出了一些枯燥的计算结果，并在实验室内饲养的动物身上进行一些初步的实验研究。霍尔-斯宾塞想到，这些洞口可以用来开展一种更大胆的新研究。这不仅仅将涉及几种在水箱里饲养的生物，更包括几十种在自然环境中生活繁衍的物种——如果你愿意的话，也可以说是在天然的非自然环境中。

阿拉贡堡周围的洞口制造了一种pH值梯度。在岛的东侧岸边，海水几乎没受什么影响。这个区域被认为代表了目前的地中海。当你逐渐靠近那些洞口时，海水的酸度逐渐增加，pH值逐渐下降。霍尔-斯宾塞在研究中总结出了一张不同生命形式随pH值梯度分布的地图，代表了全世界海洋未来发展的地图。这就像是获得了一台水下的时间机器一样。

霍尔-斯宾塞花了两年时间才重新回到伊斯基亚岛。那时他没有研究资金来源，也就很难让任何人认真对待他的想法。因为负担不起房租，他只好在崖壁上的突出部分搭帐篷睡觉。为了采集标本，他还曾经用过别人不要的塑料水瓶。“当时有那么点鲁宾逊的范儿。”他这样告诉我。

最终，他还是说服了一些人相信他所做的事情，其中也包括布亚在内。他们最初的任务就是对岛周围的pH值水平进行详细的测量。然后，他们对于在不同pH值区域内生活的生物种类进行了普查。为此，他们要沿着岸边放置金属框，再记录每个框里面附着在岩石上的每一只贻贝、藤壶和帽贝。他们还需要连续数个小时坐在水底，数游过的鱼类。

在远离洞口的海水中，霍尔-斯宾塞和他的同事发现了相对典型的地中海物种组合。其中包括金色海绵（Agelas oroides），看起来有点像是包装用的泡沫塑料；叉牙鲷（Sarpa salpa），一种常见的食用鱼，偶尔可能会引发幻觉；黑海胆（Arbacia lixula），颜色微微发紫。这个区域还生活着硬叉节藻（Amphiroa rigida），一种长着刺的粉红色海藻；以及仙掌藻（Halimeda tuna），一种绿色的海草，长得像是一连串碟片。（普查仅限于肉眼可见的生物。）在这个不受洞口影响的区域，共统计了69个动物物种和41个植物物种。

当霍尔-斯宾塞和他的团队在更靠近洞口的区域布下分区框时，他们得到的普查结果大不一样。比如颜色浅灰的穿孔藤壶（Balanus perforatus），长得就像是一座微型火山，从西非直到英国威尔士都很常见，数量巨大。然而在pH值为7.8的区域中，穿孔藤壶消失了，而这里的海水只不过相当于不太久远的未来。地中海贻贝（Mytilus galloprovincialis）是一种原产于地中海的蓝黑色贻贝，适应性极强，以至于成为世界上很多其他地区的入侵物种。然而它们也在这里消失了。同样消失的还有长珊瑚藻（Corallina elongata）和药用珊瑚藻（Corallina officinalis），都是暗红色的硬质海草；马旋鳃虫（Pomatoceros triqueter）是一种龙骨虫；三个物种的珊瑚；几个物种的海螺；以及一种叫挪亚方舟贝（Arca noae）的软体动物。总体来讲，在不受洞口影响的区域发现的物种中，有三分之一没有出现在pH值为7.8的区域。

“很不幸，最明显的转折点，也就是生态系统开始崩塌的转折点，就在pH值大约7.8左右，预计将会出现在2100年的海洋。”霍尔-斯宾塞用英国人特有的轻描淡写告诉我，“这也算是相当惊人了。”

自从霍尔-斯宾塞于2008年发表了关于洞口系统的第一篇论文之后，人们对于酸化及其影响的热情立刻被引爆了。国际性的研究项目如“海洋酸化的生物学冲击”（BIOACID）和“欧洲海洋酸化项目”（EPOCA）都有了资助，成百上千的实验研究得以开展。这些实验的地点，有的在船上，有的在实验室里，还有被称为中型实验生态系统的封闭空间，那是一小片可以人为控制其条件的真正海洋。

一次又一次地，这些实验证实了二氧化碳浓度提高所带来的危害。虽然有许多物种显然可以过得不错，甚至在酸化的海洋中生长得很旺盛，但也有很多的物种做不到这一点。有些生物被证明是很脆弱的，比如小丑鱼和太平洋牡蛎，它们往往是水族馆里或餐桌上的熟面孔；其他一些可能不那么吸引人（或者不那么好吃），但却可能对于海洋生态系统更为重要。例如单细胞浮游植物赫氏球石藻（Emiliania huxleyi）就是其中之一。这种球石藻把自己包裹在微型的方解石盘中。在显微镜下观察，它看起来就像是某种疯狂的艺术作品： 一个表面贴满纽扣的足球。在一年中的某些特定时期，赫氏球石藻会大量出现，把广阔海域变成乳白色。它构成了很多海洋食物链的基底。海蝴蝶（Limacina helicina）是一种翼足目的海螺，长得像是带翅膀的蜗牛。它生活在北冰洋里，是很多更大型动物的重要食物，包括鲱鱼、鲑鱼和鲸。上述两种生物似乎对酸化高度敏感： 在一项中型实验生态系统的研究中，赫氏球石藻在二氧化碳水平提高后全部消失了。

乌尔夫·希博塞尔是来自德国基尔海洋地质科学亥姆霍茨中心一名主攻生物学方向的海洋学家，主持有若干项重大的海洋酸化研究，地点位于挪威、芬兰以及斯瓦尔巴特群岛近海。希博塞尔发现，在酸化的海水中活得最好的那些物种主要是不足2微米的浮游生物。它们太小了，以至于自己形成了一套微型的食物网。当这些超微型浮游生物的数量增加时，它们用掉了更多养分，大型生物就此遭殃。

“如果你问我未来会发生什么，我认为我们手上最确凿的证据表明，将会出现生物多样性的下降。”希博塞尔告诉我说，“一些具有高度忍耐力的生物将变得数量庞大，但也会丧失整体的多样性。这是过去每一次物种大灭绝中所发生过的事情。”

海洋酸化有时与全球变暖并称“邪恶双子”。这种讽刺的说法可谓名副其实，甚至可能有些太客气了。没有一种单一的机制可以解释历史上的所有物种大灭绝，然而海洋化学成分的改变似乎是一个很好的指示器。海洋酸化至少在五次大灭绝中的两次（二叠纪末期和三叠纪末期）起了一定作用，而且很可能在另一次（白垩纪末期）中也是主要因素。人称“多尔斯阶更替”（Toarcian Turnover）的灭绝事件发生于1.83亿年前的侏罗纪。在这次事件中，有确凿证据表明出现了海洋酸化。古新世末期也有类似的证据，那是约5500万年前，当时一些海洋生物遭遇了严重的危机。

“噢，海洋酸化，”扎拉斯维奇曾在多布崖告诉我，“这一来要留下多么可怕的一层哪。”

为什么海洋酸化如此危险？这个问题之所以难于回答，只是因为答案实在太多了。酸化可能对一种生物不同的基础生理过程造成影响，比如代谢、催化酶的活性以及蛋白质的功能，具体取决于这种生物调节其自身内在化学环境的能力强弱。由于酸化会改变微生物种群的构成，也就改变了关键营养物质的可获取性，比如铁和氮。基于类似的原因，酸化改变了穿过水体的光线强弱；基于另一些不同的原因，酸化还能改变声音传播的方式。（笼统来讲，酸化会让海洋变得更嘈杂。）酸化似乎很可能促进有毒藻类的生长。它还会对光合作用造成巨大影响——很多植物物种有可能受益于提高的二氧化碳水平——也会改变水中溶解金属形成化合物的情况，在某些条件下产生有毒的物质。

在众多可能造成的冲击之中，最严重的一个或许要牵涉到被称为钙化者（calcifier）的一群生物。（钙化者这个术语包括了任何能够用碳酸钙矿物来构建外壳或外骨骼的生物，除动物之外，也包括用碳酸钙矿物来建造内部架构的水生植物。）海洋中的钙化者是形形色色的不同生物。像海星和海胆一样的棘皮动物是钙化者，像蛤和牡蛎等软体动物也是钙化者。同样是钙化者的还包括甲壳纲的藤壶。许多种类的珊瑚是钙化者，这是它们建筑那些最终成为珊瑚礁的塔状构造的方式。许多种类的海草是钙化者，它们摸起来是坚硬的，而且易碎。珊瑚藻也是钙化者，这种微小的生物生长在一起时，看起来就像是一抹粉色的油漆。腕足类动物是钙化者，球石藻、有孔虫以及许多种类的翼足目动物也都是钙化者。这份名单还可以一直写下去。据估计，钙化作用的演化在生命历史上独立出现的次数不下20次，而且很可能还要高于这个数字。

从人类的角度来看，钙化有点像是建筑工作，又有点像是炼金术。为了建造它们的壳或外骨骼或方解石板，钙化者必须把钙离子（Ca2+）和碳酸根离子（CO2-3）结合到一起，形成碳酸钙（CaCO3）。但是，以在正常海水中获得的离子浓度，钙和碳酸无法彼此结合。因此实际上，钙化者必须在钙化地点改变水体化学环境，从而促成它们自己的化学反应。

海洋酸化增加了钙化的成本，因为可以用于生产碳酸钙的碳酸根离子浓度下降了。二氧化碳溶于水之后，一部分仍以二氧化碳的形式存在，pH值不改变，另一部分则与水分子结合形成碳酸（H2CO3）。如果还是用建筑工作来打比方的话，这情况就像是你想要盖一栋房子，可是有人不停地从你这里偷砖。海水酸化得越严重，钙化者就要消耗越多的能量来完成必需的生理过程。在某个pH值上，海水彻底变成腐蚀性的，固态的碳酸钙开始溶解。这就是为什么离阿拉贡堡洞口太近的帽贝，最终会在壳上出现穿孔。

实验室里的实验研究表明，钙化者尤其将遭受海洋pH值下降的严重冲击，而阿拉贡堡的消失物种名单证实了这一点。在pH值为7.8的区域，消失物种有四分之三是钙化者。其中包括几乎无处不在的穿孔藤壶，生命力极强的地中海贻贝以及马旋鳃虫。其他消失的钙化者还有狐蛤（Lima lima），一种常见的双壳纲动物；斑纹钟螺（Jujubinus striatus），一种巧克力色的海螺；以及叫作沙虫螺（Serpulorbis arenarius）的软体动物。与此同时，有钙化功能的海草全部消失了。

据在这一地区工作的地质学家说，阿拉贡堡的这些洞口涌出二氧化碳气体的历史长达数百年，甚至还要更久。任何软体动物、藤壶或者龙骨虫如果能够在几个世纪的时间里变得适应低pH值的环境，那么它们肯定已经这样做了。“它们有一代又一代的时间去适应这里的环境，但却始终没有做到。”霍尔-斯宾塞如是评论道。

此外，如果pH值降得更低，对于钙化者来说就更糟糕。在靠近那些洞口的地方，冒出来的二氧化碳气泡已经连成了一条气体带。霍尔-斯宾塞发现那里没有任何钙化者。事实上，在那个停车位大小的区域里存活下来的生物只有几种顽强的本地藻类，一些入侵藻类，一种虾，一种海绵，还有两种海蛞蝓。

“在气泡冒出来的地方，你不会看到任何钙化生物，完全没有。”他告诉我，“想象一下，在一个被污染的港口里，你往往只能找到寥寥几种像野草一样顽强的生物，成功地应对了剧烈变化的环境。但是在这儿，只要提高二氧化碳浓度，你就能看到这种景象了。”

迄今为止，人类排入大气的二氧化碳中差不多有三分之一都被海洋吸收了。这相当于1500亿吨，相当震撼。与人类世的其他许多方面一致，惊人之处不仅在于其规模，更在于其速度。为了方便理解，我们不妨用酒精来做个不怎么恰当的比喻： 同样是喝掉半打啤酒，在一个月内喝完和在一小时内喝完，对于你血液化学组成的影响是有很大区别的。加入等量二氧化碳，在一百万年内加入或是在一百年内加入，对于海洋化学组成的影响也是有很大区别的。对于你的肝脏而言，摄入酒精的速率是关键；对于海洋而言，速率同样是关键所在。

如果我们向空气中排放二氧化碳的速度更慢一些，像岩石风化这样的地质学过程就会来扮演对抗酸化的角色。而实际上，事情发生得太快，那些缓慢起效的力量来不及发挥作用。正如蕾切尔·卡森之前对一个非常不同但又同样重大的问题所做的评论：“时间是必不可少的关键要素，但现代社会所缺少的恰恰是时间。”

在哥伦比亚大学拉蒙特多尔蒂地球观测所，巴贝尔·霍尼施领导的一组科学家近期发表了一篇综述，总结了在地质历史的久远过去曾经发生过二氧化碳改变的证据。文中写道，即使在历史上发生过若干次严重的海洋酸化，但是“没有任何一次过去的事件完全符合”当前正在发生的情况，这是由于“目前正在进行的二氧化碳排放有着前所未有的高速”。实际上，本来就没有多少方法可以向空气中迅速注入数亿吨的碳。对于二叠纪末期大灭绝，人们能找到的最佳解释就是今天西伯利亚地区的大规模火山爆发。但即使是这样一个形成了今天所谓西伯利亚暗色岩的壮阔事件，其所排放的碳按年来计算，可能仍不及我们的汽车、工厂以及发电厂的碳排放量。

通过燃烧煤和石油等矿藏，人类把数千万年来——大多数情况下是数亿年来——所隔绝起来的碳重新释放到空气中。在这个过程中，我们不仅是在开地质历史的倒车，并且是以一种极不正常的速度。

在学术期刊《海洋学》的一期特刊中，宾夕法尼亚州立大学的地质学家李·孔普和布里斯托尔大学的气候模型学家安迪·里奇韦尔共同撰文评述酸化问题：“当前地球所经历的就像是一场巨型实验，这在地质学上是异乎寻常的，也很可能是地球历史上前所未有的。造成这一切的关键就是二氧化碳的排放速率。”如果人类在这条路上持续走下去的话，“那么在我们这颗星球的历史上，人类世留下的地质学印记所体现出来的事件，即便不是最为灾难性的事件之一，也一定是最为显著的事件之一”。