小生物大改造

/篇名：小生物大改造作者:邱鈺倫.國(guó)立林口高中。高二十五班呂佳珉.國(guó)立林口高中。高二十五班

前言人類為了利益而不斷的剝削自然資源，已經(jīng)造成某些生態(tài)的改變.候鳥不能如期到達(dá)目的地、北極的冰川融化使得北極熊無家可歸、溫室效應(yīng)的加劇等。還有更多天災(zāi)使得家破人亡，如果我們?cè)俨挥X醒,只會(huì)讓人類文明成為歷史.就以碳化這個(gè)問題來講，二氧化碳是最主要的殺手。如何將二氧化碳吸收掉，而副作用不大的，正是大家關(guān)心的議題?？茖W(xué)家發(fā)現(xiàn)大海中存在著可以扮演這種角色的物質(zhì)，那就是浮游生物。浮游生物的定義浮游生物(planktoｎ）指的是生活於水中而缺乏有效移動(dòng)能力的漂流生物，其中分有浮游植物及浮游動(dòng)物兩種（註一)，又稱為海洋裡的「生物泵」,前者多為單細(xì)胞植物,小部分的浮游生物具有游動(dòng)的能力，但是浮游生物移動(dòng)速率會(huì)比他待的地方的洋流還要更緩慢，因此浮游生物移動(dòng)皆被水所控制，並且缺乏有效的移動(dòng)能力。浮游植物主要的族群為矽藻，在海洋中較為豐富。浮游動(dòng)物的種類比浮游植物還要更複雜許多，包括無脊椎動(dòng)物的大部分門類,例如:原生動(dòng)物、腔腸動(dòng)物（包括個(gè)種種類的水母）以及各種動(dòng)物的浮游幼體等.浮游生物與二氧化碳的關(guān)係科學(xué)家發(fā)現(xiàn)這些浮游生物以吸收二氧化碳為生，因?yàn)楣夂献饔玫摹赴捣磻?yīng)darkreａctｉoｎ」需要二氧化碳（圖一）.（圖一）光合作用及其化學(xué)方程式(註二)二氧化碳被浮游生物吸收後的路徑當(dāng)浮游生物行暗反應(yīng)時(shí)，會(huì)把吸收的二氧化碳換成所需的有機(jī)物，這時(shí)浮游生物會(huì)成為食物鍊的一部份，當(dāng)各體死亡後沉在海底，就能以這樣的方式將二氧化碳儲(chǔ)存在深海裡幾百萬年,之後再進(jìn)行「養(yǎng)分再生」,把有機(jī)物轉(zhuǎn)換成二氧化碳等溶解於水中的氣體，並由湧升流把這些氣體與營(yíng)養(yǎng)鹽帶回有陽光的表層水域，而另一小部分的死亡細(xì)胞沒有參與循環(huán),就會(huì)變成石油沉積物或沉積巖。數(shù)百萬年間，地球內(nèi)部發(fā)生隱沒及變質(zhì)作用，這些與巖石連結(jié)的碳又以二氧化碳的形式，藉由火山噴發(fā)重新回到大氣中。(圖二）二氧化碳被浮游生物吸收後的路徑（註三)浮游生物究竟可以吸收多少二氧化碳?浮游生物每一年都會(huì)從地球的大氣層中吸收多達(dá)50０億噸的二氧化碳(註四）,這相當(dāng)於陸地上所有植物在光合作用中吸收的二氧化碳的總和。就以藍(lán)綠藻當(dāng)作例子,每一公斤的二氧化碳可產(chǎn)生０．5７公斤的藍(lán)綠藻（註五)，而且一杯海水大約就有２5００萬隻的浮游生物了(註六），藍(lán)綠藻也占不少數(shù)，又加上地球上百分之70是海水，由此可知浮游生物可以吸收多少二氧化碳了.向海洋施肥料來養(yǎng)殖浮游生物科學(xué)家發(fā)現(xiàn)所有的浮游生物都需要兩種主要的營(yíng)養(yǎng)元素,氮與磷。其中,磷較不易取得,它是合成核酸的基本要素,只存在於陸地巖石的含磷礦物中，會(huì)經(jīng)由淡水沖刷進(jìn)入海中。而氮?dú)馐谴髿鈱又泻孔疃嗟臍怏w,可以溶進(jìn)海水裡。而氮轉(zhuǎn)變成生物可用形式並不如預(yù)期,大多數(shù)浮游生物要用來製造蛋白質(zhì)所用的氮，必須先固定住，氮會(huì)經(jīng)由少數(shù)的微生物或藍(lán)綠菌轉(zhuǎn)為銨鹽固定住,也就是說，我們必須將氮與氫或氧原子結(jié)合形成銨鹽（NH４＋)、亞硝酸鹽（ＮＯ2－)或硝酸鹽(NO3－)才可以固定住。一些科學(xué)家相信，將海加入鐵離子，可以促進(jìn)浮游生物的生長(zhǎng)，浮游生物吸收水裡的二氧化碳，進(jìn)行光合作用,因而降低大氣中的二氧化碳。馬丁與共同研究者指出，鐵質(zhì)能抵達(dá)大洋海域表層的唯一途徑,是依附在隨風(fēng)傳送的沙塵上（註七)。因此,大洋海域遠(yuǎn)離陸地的廣大地區(qū),這種關(guān)鍵元素的濃度很少超過０。２pｐb,這是磷或固定的無機(jī)氮濃度的1/5０~1/１00。（註七)但至於可行度還是個(gè)未知數(shù).使用浮游生物吸收二氧化碳的副作用利用養(yǎng)殖浮游生物吸收二氧化碳後的副作用有一些科學(xué)物家擔(dān)心,大量的浮游生物將會(huì)放出更多溫室氣體,例如:甲烷或一氧化二氮，同時(shí)微量金屬被倒入海中時(shí),可能會(huì)產(chǎn)生毒害;另外，當(dāng)有許多的浮游生物死亡後沉入海底，將會(huì)有更多的微生物去分解已腐壞的屍體，這時(shí)我們發(fā)現(xiàn)微生物會(huì)消耗許多氧氣，而周圍的生物會(huì)因此窒息。中尺度漩渦對(duì)原本沉降的二氧化碳的影響藻華期是浮游生物繁殖最多的時(shí)期，雖然浮游生物在藻華期（註八)時(shí)分佈面積大且數(shù)量驚人,但它的分布卻受到中尺度渦漩（註八)極大影響。資料中顯示它的範(fàn)圍面積大約在1０0～200平方公里，主要成因是由風(fēng)力或熱對(duì)流造成，會(huì)將海洋底部有機(jī)物帶到表層水面。中尺度渦漩相當(dāng)難研究，是因?yàn)樗幌駷沉饕粯臃€(wěn)定。南卡羅萊納大學(xué)研究小組的領(lǐng)導(dǎo)人CｌaudiaBｅｎitez-Nelsｏｎ表示在利用碳物種垂直環(huán)流以及浮游生物總量的研究中，發(fā)現(xiàn)大部分碳無法沉降到深海,而是以有機(jī)狀態(tài)被帶回至表層海面,經(jīng)由生物分解後形成二氧化碳逸散回到大氣層中。也就是漩渦從海底帶起大量的碳，抵消浮游生物的碳沉降效果。(註八）吸入過多的二氧化碳會(huì)造成海洋生態(tài)的改變海洋吸收太多的二氧化碳會(huì)造成海水的酸化，南安普頓大學(xué)海洋地球科學(xué)學(xué)院當(dāng)中，有博士發(fā)現(xiàn)浮游植物的鈣化可能在本世紀(jì)末會(huì)加倍.而在海洋表面碳酸鈣的含量,會(huì)對(duì)大氣二氧化碳有直接影響。當(dāng)二氧化碳進(jìn)入海洋時(shí)，大部分的二氧化碳會(huì)轉(zhuǎn)化為碳酸，然後形成碳酸氫鹽和碳酸鹽離子.這些化學(xué)反應(yīng)釋放出大量氫離子,導(dǎo)致水質(zhì)酸化，海洋的酸性提高，將會(huì)有害於所有的制造碳酸鈣的生物體,以珊瑚為例子，當(dāng)這些藻類受到外在的壓力時(shí)，會(huì)離開珊瑚蟲，使得珊瑚白色碳酸鈣骨骼裸露出來,即所謂的「白化現(xiàn)象」.當(dāng)珊瑚產(chǎn)生白化現(xiàn)象時(shí),會(huì)變得脆弱，不能進(jìn)行繁殖及製造鈣質(zhì)骨骼。（註九)以實(shí)驗(yàn)證明浮游生物可以降低二氧化碳的濃度南極海鐵實(shí)驗(yàn)（ＳoｕtｈeｒnOceaｎI(lǐng)rｏnExｐerimｅnｔ，簡(jiǎn)稱SOFeX）在2002年1和2月在南極附近進(jìn)行，美國(guó)加州MｏｓｓＬａｎding海洋實(shí)驗(yàn)室的海洋學(xué)家KenｎethCoａle等超過１00名科學(xué)家把鐵離子加入到南極海的兩個(gè)各２2５平方公里的區(qū)塊，一邊加上大量的矽，另一邊則沒有。這個(gè)實(shí)驗(yàn)的重點(diǎn)是，兩邊同時(shí)的浮游生物都生長(zhǎng)很旺盛且吸收掉許多二氧化碳。在低矽這邊,更小的浮游生物還會(huì)聚集一起沉到海底,就像高矽區(qū)的矽藻一樣。參與SOFeX的柏克萊勞倫斯國(guó)家實(shí)驗(yàn)室的ＪameｓBishop等人也發(fā)現(xiàn),在高矽和矽區(qū)中,施加了鐵質(zhì)讓海裡1０0米深處的有機(jī)質(zhì)變多了,這顯示死亡的矽藻把碳鎖到它們?cè)诤Ｑ笾?(註十）日本水產(chǎn)綜合研究中心日本水產(chǎn)綜合研究中心和東京大學(xué)的一聯(lián)合科研小組去年夏天，在北太平洋阿留申群島這個(gè)地方的缺鐵海域進(jìn)行實(shí)驗(yàn),在長(zhǎng)8公里、寬10公里的海域內(nèi)撒了850公斤的硫酸鐵。結(jié)果葉綠素濃度從每公升0.7微克狂增到１8微克，植物浮游生物和消耗的二氧化碳也開始增加，使該海域吸收二氧化碳的能力提升結(jié)語部分科學(xué)家對(duì)於使用浮游生物解決碳化問題保持著保守的態(tài)度。他們認(rèn)為現(xiàn)在有證明出給予浮游生物鐵,可以增加浮游生物，並且使二氧化碳濃度降低，但是還是無法預(yù)測(cè)數(shù)百年後會(huì)不會(huì)造成甚麼災(zāi)難性的事情發(fā)生？例如,金屬的污染、浮游生物大量繁殖會(huì)不會(huì)造成海洋的優(yōu)氧化？就像MIT中的SａllieＣhiｓhｏlm說了這樣的一句話：「運(yùn)用大量的肥料到海中所造成的問題可能會(huì)比其所解決的還多.」（註十二）而且這些方法都只是治「標(biāo)」不治「本」的！人類的發(fā)展與大自然之間終究還是有一個(gè)平衡點(diǎn)，當(dāng)我們?cè)诎l(fā)展人類文明之餘，我們可以再仔細(xì)想想，我們何不把握現(xiàn)在擁有的一切,留給我們後代一個(gè)乾淨(jìng)的環(huán)境，別讓地球受傷，不然,就是人類受傷.引註資料註一、浮游生物—維基百科,自由的百科全書。2０09年1０月1０日,取自：9F%E7％８9％Ａ9註二、闕壯群?！犊茖W(xué)發(fā)展》98年。1月43３期，頁９註三、《科學(xué)月刊》（１987）。第十八卷第四期,頁304-308註四、“藍(lán)色”海洋暗藏生態(tài)危機(jī)

全球變暖影響浮游生物生存。人民網(wǎng)－科學(xué).２００6年１２月１8日。取自：註五、巴蘇SourishＢasu.把鐵加入海中可以抗暖化。科學(xué)人月刊,20０７年１１月69期，頁2６—2７註六、浮游生物深海吸碳救暖化新助手。２０08年註七、佛高斯基(PａulG。Ｆalｋowskｉ）。大海中的隱形森林?？茖W(xué)人月刊，十月號(hào)。2009年１0月10日，取自：註八、地球科學(xué):可別把賭注壓在浮游生物上。Sciscａpe新聞報(bào)導(dǎo).２007年註九、報(bào)告稱大氣中二氧化碳加劇海洋浮游生物鈣化。人民網(wǎng)。2008年０4月2８日，取自註十、地球科學(xué):鐵vｓ.全球暖化。Ｓcｉ