小生物大改造

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

前言人類為了利益而不斷的剝削自然資源，已經造成某些生態的改變.候鳥不能如期到達目的地、北極的冰川融化使得北極熊無家可歸、溫室效應的加劇等。還有更多天災使得家破人亡，如果我們再不覺醒,只會讓人類文明成為歷史.就以碳化這個問題來講，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，正是大家關心的議題。科學家發現大海中存在著可以扮演這種角色的物質，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能力的漂流生物，其中分有浮游植物及浮游動物兩種（註一)，又稱為海洋裡的「生物泵」,前者多為單細胞植物,小部分的浮游生物具有游動的能力，但是浮游生物移動速率會比他待的地方的洋流還要更緩慢，因此浮游生物移動皆被水所控制，並且缺乏有效的移動能力。浮游植物主要的族群為矽藻，在海洋中較為豐富。浮游動物的種類比浮游植物還要更複雜許多，包括無脊椎動物的大部分門類,例如:原生動物、腔腸動物（包括個種種類的水母）以及各種動物的浮游幼體等.浮游生物與二氧化碳的關係科學家發現這些浮游生物以吸收二氧化碳為生，因為光合作用的「暗反應darkreａctｉoｎ」需要二氧化碳（圖一）.（圖一）光合作用及其化學方程式(註二)二氧化碳被浮游生物吸收後的路徑當浮游生物行暗反應時，會把吸收的二氧化碳換成所需的有機物，這時浮游生物會成為食物鍊的一部份，當各體死亡後沉在海底，就能以這樣的方式將二氧化碳儲存在深海裡幾百萬年,之後再進行「養分再生」,把有機物轉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養鹽帶回有陽光的表層水域，而另一小部分的死亡細胞沒有參與循環,就會變成石油沉積物或沉積岩。數百萬年間，地球內部發生隱沒及變質作用，這些與岩石連結的碳又以二氧化碳的形式，藉由火山噴發重新回到大氣中。(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從地球的大氣層中吸收多達50０億噸的二氧化碳(註四）,這相當於陸地上所有植物在光合作用中吸收的二氧化碳的總和。就以藍綠藻當作例子,每一公斤的二氧化碳可產生０．5７公斤的藍綠藻（註五)，而且一杯海水大約就有２5００萬隻的浮游生物了(註六），藍綠藻也占不少數，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.向海洋施肥料來養殖浮游生物科學家發現所有的浮游生物都需要兩種主要的營養元素,氮與磷。其中,磷較不易取得,它是合成核酸的基本要素,只存在於陸地岩石的含磷礦物中，會經由淡水沖刷進入海中。而氮氣是大氣層中含量最多的氣體,可以溶進海水裡。而氮轉變成生物可用形式並不如預期,大多數浮游生物要用來製造蛋白質所用的氮，必須先固定住，氮會經由少數的微生物或藍綠菌轉為銨鹽固定住,也就是說，我們必須將氮與氫或氧原子結合形成銨鹽（NH４＋)、亞硝酸鹽（ＮＯ2－)或硝酸鹽(NO3－)才可以固定住。一些科學家相信，將海加入鐵離子，可以促進浮游生物的生長，浮游生物吸收水裡的二氧化碳，進行光合作用,因而降低大氣中的二氧化碳。馬丁與共同研究者指出，鐵質能抵達大洋海域表層的唯一途徑,是依附在隨風傳送的沙塵上（註七)。因此,大洋海域遠離陸地的廣大地區,這種關鍵元素的濃度很少超過０。２pｐb,這是磷或固定的無機氮濃度的1/5０~1/１00。（註七)但至於可行度還是個未知數.使用浮游生物吸收二氧化碳的副作用利用養殖浮游生物吸收二氧化碳後的副作用有一些科學物家擔心,大量的浮游生物將會放出更多溫室氣體,例如:甲烷或一氧化二氮，同時微量金屬被倒入海中時,可能會產生毒害;另外，當有許多的浮游生物死亡後沉入海底，將會有更多的微生物去分解已腐壞的屍體，這時我們發現微生物會消耗許多氧氣，而周圍的生物會因此窒息。中尺度漩渦對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期，雖然浮游生物在藻華期（註八)時分佈面積大且數量驚人,但它的分布卻受到中尺度渦漩（註八)極大影響。資料中顯示它的範圍面積大約在1０0～200平方公里，主要成因是由風力或熱對流造成，會將海洋底部有機物帶到表層水面。中尺度渦漩相當難研究，是因為它不像灣流一樣穩定。南卡羅萊納大學研究小組的領導人CｌaudiaBｅｎitez-Nelsｏｎ表示在利用碳物種垂直環流以及浮游生物總量的研究中，發現大部分碳無法沉降到深海,而是以有機狀態被帶回至表層海面,經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造成海洋生態的改變海洋吸收太多的二氧化碳會造成海水的酸化，南安普頓大學海洋地球科學學院當中，有博士發現浮游植物的鈣化可能在本世紀末會加倍.而在海洋表面碳酸鈣的含量,會對大氣二氧化碳有直接影響。當二氧化碳進入海洋時，大部分的二氧化碳會轉化為碳酸，然後形成碳酸氫鹽和碳酸鹽離子.這些化學反應釋放出大量氫離子,導致水質酸化，海洋的酸性提高，將會有害於所有的制造碳酸鈣的生物體,以珊瑚為例子，當這些藻類受到外在的壓力時，會離開珊瑚蟲，使得珊瑚白色碳酸鈣骨骼裸露出來,即所謂的「白化現象」.當珊瑚產生白化現象時,會變得脆弱，不能進行繁殖及製造鈣質骨骼。（註九)以實驗證明浮游生物可以降低二氧化碳的濃度南極海鐵實驗（ＳoｕtｈeｒnOceaｎIrｏnExｐerimｅnｔ，簡稱SOFeX）在2002年1和2月在南極附近進行，美國加州MｏｓｓＬａｎding海洋實驗室的海洋學家KenｎethCoａle等超過１00名科學家把鐵離子加入到南極海的兩個各２2５平方公里的區塊，一邊加上大量的矽，另一邊則沒有。這個實驗的重點是，兩邊同時的浮游生物都生長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聚集一起沉到海底,就像高矽區的矽藻一樣。參與SOFeX的柏克萊勞倫斯國家實驗室的ＪameｓBishop等人也發現,在高矽和矽區中,施加了鐵質讓海裡1０0米深處的有機質變多了,這顯示死亡的矽藻把碳鎖到它們在海洋中.(註十）日本水產綜合研究中心日本水產綜合研究中心和東京大學的一聯合科研小組去年夏天，在北太平洋阿留申群島這個地方的缺鐵海域進行實驗,在長8公里、寬10公里的海域內撒了850公斤的硫酸鐵。結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語部分科學家對於使用浮游生物解決碳化問題保持著保守的態度。他們認為現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，但是還是無法預測數百年後會不會造成甚麼災難性的事情發生？例如,金屬的污染、浮游生物大量繁殖會不會造成海洋的優氧化？就像MIT中的SａllieＣhiｓhｏlm說了這樣的一句話：「運用大量的肥料到海中所造成的問題可能會比其所解決的還多.」（註十二）而且這些方法都只是治「標」不治「本」的！人類的發展與大自然之間終究還是有一個平衡點，當我們在發展人類文明之餘，我們可以再仔細想想，我們何不把握現在擁有的一切,留給我們後代一個乾淨的環境，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。《科學發展》98年。1月43３期，頁９註三、《科學月刊》（１987）。第十八卷第四期,頁304-308註四、“藍色”海洋暗藏生態危機

全球變暖影響浮游生物生存。人民網－科學.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。科學人月刊，十月號。2009年１0月10日，取自：註八、地球科學:可別把賭注壓在浮游生物上。Sciscａpe新聞報導.２007年註九、報告稱大氣中二氧化碳加劇海洋浮游生物鈣化。人民網。2008年０4月2８日，取自註十、地球科學:鐵vｓ.全球暖化。Ｓcｉ