从享用贝类海鲜话说“海洋碳汇”
“如果你酷爱食用贝类海鲜，那么在享受美食的同时，你可能正在为低碳事业做出贡献。”2011年在沪举行的“低碳之道”环保沙龙上，有专家告诉公众：在海洋生物大家族中，贝类、藻类看来不起眼，其实它们是拥有强大“捕碳、固碳”能力的“高手”。
覆盖地球表面71%面积的海洋，是大量吸收人类活动排放的二氧化碳、减缓气候变暖的头等“功臣”。人类燃烧矿物燃料向大气每年排放百亿吨的碳，其中约三分之一被海洋吸收，陆地生态系统仅吸收约五分之一。海洋中浮游生物、海藻、贝类、海草、盐沼植物和红树林等生物碳捕获、碳汇集的数量超过陆地生物。有数据显示，地球上生物约55％的碳捕获是由海洋生物完成的。单位海域中生物固碳量是森林的10倍，是草原的290倍。
人工大规模养殖贝类、藻类，明显有利于浅海区域的碳捕获。尤其是贝类，其吸收的碳有相当一部分被固化在贝壳里，长时间内不会重新回到大气层中。收获一批贝类后，还可以继续养殖新一批贝类，继续“吸碳”，从而减少大气中的碳总量。1999年到2008年间，通过收获养殖贝类，我国每年从近海移出的碳量为70万到99万吨，其中67万吨碳以贝壳的形式长期封存。 据此，有专家认为海洋能够成为一个巨大的固碳容器，通过发展水产养殖和渔业生产促进海洋生物吸收海水中的二氧化碳，发展“碳汇渔业”。
“蓝碳”美景面临碳排放带来的双重困境
“海洋碳汇”，其实就是国际科学界所称的“蓝色碳汇”或“蓝碳”——蓝色大海中的生物捕获和储存碳。然而，人们向往的“蓝碳”美景近年来遭遇碳排放过度带来海洋生态退化的双重困境。
第一重困境是海洋酸化日趋严重，海洋生物深受威胁。
最近，国际海洋现状计划和国际自然保护联合会发布的报告令人震惊：由人类燃烧矿物燃料每年释放二氧化碳约达300亿吨，这至少是大约5500万年前地球上一次大规模物种灭绝之前的碳排放速度的10倍。海洋作为天然的二氧化碳储存库，其容量是有限的，而且吸收的二氧化碳与海水反应后会形成碳酸，使本来偏碱性的海水不断酸化。科学家测算，至去年海水的酸度已经比工业化初期的1800年提高了30%。并且现在仍以每小时约一百万吨的速度吸收着。如果过量碳排放趋势延续下去，预计到本世纪末海水酸度将比1800年高150%。该报告警示，目前海洋酸化程度至少是3亿年以来绝无仅有的。海洋酸化使海水中碳酸钙含量不断降低。而碳酸钙则是贝类、甲壳类海洋生物吸收用以生长外壳、珊瑚制造骨骼的原料。日益酸化的海水使以钙元素为主的贝壳面临着巨大威胁。五年多前英国南极考察队就发现南冰洋部分海域中贝类生物出现贝壳溶解现象。珊瑚在酸化海水中不但难以生长，而且易遭溶解。目前世界20％的珊瑚礁已被严重破坏。海水酸化已干扰了海洋甲壳类磷虾卵孵化的能力。
近期国外海洋生物学家测试高浓度二氧化碳海水中珊瑚礁鱼类行为，发现它们的中枢神经系统出现严重混乱，听觉和嗅觉变差，躲避天敌的能力变弱。诸如小丑鱼和少女鱼的幼鱼嗅觉下降，很难找到珊瑚礁或闻到天敌的气味。听觉变弱的鱼极易成为天敌的口中美餐。科学家还发现在酸度高的海洋环境中，乌贼的孵化速度变慢。尚未完成孵化的小乌贼没有任何防御能力，易被天敌吃掉。即使它们完成孵化后，体型比在正常海水中生活的乌贼小，易受捕食者伤害。
第二重困境是海水含氧量下降，“海域死区”猛增。
海洋作为减缓全球气候变暖步伐的头等“功臣”，还在于它吸收了90%以上因温室气体排放而困于地表的热量。但这一功劳的代价却是随着海洋上层水温升高，海水溶氧量降低。鱼类在升温的海洋中代谢率会加快，需求更多的氧。而升温的海水中含氧减少，影响鱼类生长。加拿大海洋研究团队考察了世界各海域600多种鱼类生长和分布状况，发现不少鱼类体型缩小与海水温度上升存在密切关系。他们用计算机模型预测，如温度持续上升，到2050年鱼类体型将缩小14%-24%。英国科学家发现，由于水比空气的含氧量低，在同等升温状况下，相比陆地动物，海洋动物更难获得充足的氧气。科学家比较了不同温度条件下百余种陆地动物和海洋动物成年体，发现每升高1摄氏度，海洋动物体型缩小5%，而陆地动物体型仅缩小0.5%，两者缩小比率相差10倍。
近年来，海藻成为人们心目中“海洋碳汇”的理想主角之一。不错，海藻在生长过程中会通过光合作用吸收二氧化碳放出氧气，将太阳能转化为化学能，以碳水化合物和油脂形态储存起来，成为可供开发的生物质能。如海藻纤维素可制成乙醇燃料，海藻油可以提炼成生物柴油。然而，凡事都有个限度。二氧化碳排放增量过度，海温升高过快，促使海藻大量疯狂生长和繁殖，尔后又不断死亡，沉入海底并腐败，成为海底泥潭中细菌丰富的食物来源。细菌在分解这些海藻时会大量消耗水中的氧气。而海藻生长中产生的氧气比细菌消耗的氧气少得多。再因气候变暖加剧暴雨洪涝灾害，更多的农田肥料被冲刷入海中，促使浮游生物大量生长，进而引发海底细菌分解浮游生物腐败物大量消耗水中氧气。海水含氧量减少使鱼类等海洋生物无法生存，形成“海洋死区”。据联合国环境规划署发布的海洋调查报告，最近十年全球海洋中这样的“死区”面积翻了一番，死区数量超过四百个。
“蓝碳”之外，碳汇出路何在？
“蓝碳”困境逼促我们加快减碳、低碳的行动步伐。加紧改变我国能源消费结构的“高碳”状况是当务之急。目前我国使用矿物燃料占能源消费总量的90.9%，其中碳排放量最大的燃煤占68.5%（年耗煤36亿吨，远超过北美、欧洲和前苏联地区年耗煤总量的19.8亿吨），而同等热值比煤减排一半二氧化碳的天然气仅占4.7%。非矿物能源只占9.1%，其中核电为0.8%，水力发电为7.1%，太阳能、风能、生物质能等可再生清洁能源只有1.2%。我国政府承诺到2020年比2005年二氧化碳排放量下降40-50%，非矿物能源上升到15%。然而，应看到非矿物能源中核电发展受核燃料供应、核安全等不确定因素制约，水电建设受干旱天气、流域生态破坏和移民困难的制约，积极开发太阳能、风能、生物质能等可再生清洁能源是大势所趋。令人忧虑的是，我国到2020年矿物能源比重仍占85%，如此比重的碳基燃料所排放的巨量二氧化碳如何处置？
你也许会说，扩大植树造林，发展“绿色碳汇”是解决“蓝碳”困境的好出路。不错，我国早已规划到2020年完成造林4000万公顷，而且鼓励生产矿物能源的大企业捐资数亿元营造“碳汇林”。然而，你别忽略除了海洋、森林两大“碳库”之外，还有第三大“碳库”——湿地。全球湿地面积有514万平方公里，虽然约占地球表面的6%，却生存着地球上20%的物种。我国有记载的湿地植物达2760余种。湿地吸收碳的能力超过森林，碳储量约为770亿吨，占陆地生物圈碳素的35%。保护和恢复湿地就是低成本实现“绿色碳汇”的途径。
“绿色碳汇”更深意义在于让碳汇植物成为开发绿色新能源的原料库。上海张江高科技园区众伟生化科技公司在外省不宜种粮食的盐碱地、荒地种植纤维素含量高的麻类植物，既扩大了“绿色碳汇”，又可将麻类植物纤维素炼制成清洁的“生物汽油”——乙醇燃料。
无疑，火电厂和钢铁、水泥等制造业燃煤大量集中排放的二氧化碳，仅靠林地、湿地植物吸收是远远不够的。目前国内外正开展“碳捕获和储存”工程建设，将收集的二氧化碳输入采空的油气田、废弃的煤田地下封存。有趣的是，碳封存与油田二三次开采可以一举两得。当二氧化碳被200个大气压注入油田千米深处，原本粘稠厚重的石油迅速稀释、膨胀，纷纷从岩石孔隙中溢出，变得更易开采。美国共有70多座油田注入二氧化碳驱油，年封存二氧化碳达3000万吨，增产石油10%。我国先后有六七座油田尝试了这一技术，二氧化碳一次性最大封存量达11万吨。
碳汇出路不仅是碳捕集和和封存，更在于碳利用。藻类确实是生长最快、碳汇效率较高的植物，是炼制生物柴油和乙醇的理想原料之一。目前国外利用海藻捕碳、固碳的方法是，将工厂集中排出的二氧化碳废气与含养分的水混合，在透明的人造闭合水渠中，或在封闭的池塘等水体中养殖海藻。这比完全自然放养效率高，也避免了造成海水缺氧后果。。
目前全球回收的二氧化碳约有40％用于生产化工产品，如作为能源的甲烷、甲醇，以及具有永久固碳性质的碳纤维、工程塑料、沥青、建材等。回收二氧化碳还可用于制冷和碳酸饮料生产。
近来国外科学界多途径开发将二氧化碳转化为新能源原料的生物技术。有科研研团队已培养出一种能光合作用的转基因细菌，比藻类更快地将二氧化碳转化为可炼制生物柴油、乙醇的原料。由于利用生物质能可以实现碳循环而不增加碳排放，欧盟计划到2020年生物质燃料占能源消费结构的14%，占可再生能源总量的60%。这一方略是值得我们借鉴的减碳之道。
（作者系上海社会科学院科技哲学特色学科研究员、上海市低碳科技与产业发展协会专委会专家顾问）
原载《自然与科技》杂志 （上海科技馆主办）2013年第6期（
