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每年春夏两季,美国中西部农田的肥料都会流入密西西比河。“老泥泞河”将养分带到大陆的尽头,然后倾泻到墨西哥湾。一旦引入,氮和磷就会促使藻类、浮游植物和其他微观植物大量繁殖。植物死亡后,它们会漂到海底,分解过程会吸走海水中的氧气。结果是形成了一个巨大的死亡地带,对无法游开的海生物是致命的,墨西哥湾沿岸附近不适宜居住的水域有时会像新泽西州一样大——而且现在每天有高达380万升的石油泄漏到墨西哥湾,这可能会使情况变得更糟。
“石油泄漏发生在密西西比河附近每年都会形成的低氧区,”路易斯安那大学海洋联盟(LUMCON)执行主任、生物海洋学家南希·拉巴莱斯说,她测量到今年的年度死亡地带在三月份就提前开始了。“在油污表面下会出现局部低氧区域。”
石油泄漏可能会通过各种物理和生物过程加剧浅水死亡地带。但它也可能通过类似的方式帮助最大限度地减少死亡地带。总的来说,墨西哥湾死亡地带对石油泄漏的反应非常不确定,氧气水平受到多种因素的影响而上下波动,使该栖息地的未来受到质疑。
与此同时,在离岸较远的地方,石油从水面一直到海底都可能产生一系列潜在的耗氧效应。因此问题仍然存在:石油泄漏是否会在那些更深的栖息地中造成更多的死亡地带?或者它是否可能只是帮助最大限度地减少我们已经在路易斯安那州海岸附近拥有的死亡地带?
让我们从物理层面来看
石油会在水面上形成一层油膜。首先,这种物理覆盖层会阻止海水从大气中吸收氧气。随着石油冲入更浅的水域,这种屏障将特别阻碍河口和湿地中的氧气,这些地方是许多海洋生物的栖息地和苗圃,实际上会使幼虫和其他居民窒息。
当然,较小的埃克森·瓦尔迪兹号石油泄漏最终并没有在近岸地区造成这样的死亡地带。在阿拉斯加南部泄漏的 4150 万升石油使水中的氧气含量下降了高达 50%,但那里的水流最大限度地减少了对海洋生物的损害,而大规模的海水运动可能在墨西哥湾也有类似的效果。“我们从未在那里看到任何因缺氧而导致的鱼类死亡或其他事件,我也不认为这里会发生这种情况,”路易斯维尔大学的微生物学家罗纳德·阿特拉斯说,他评估了对阿拉斯加石油泄漏的反应。“我不认为凭借水流,我们会降到零或一个低到足以导致鱼类死亡的数字。”
但与此同时,覆盖着石油的浅水沉积物可以帮助促进藻类生长。“通常在石油泄漏后,被石油污染的沉积物会变成绿色——藻类会大量繁殖,”路易斯安那州立大学的生态学家约翰·弗利格说。“食草无脊椎动物会(因石油)死亡,而藻类则会蓬勃发展。这是一个出乎意料的情况,你认为一切都会受到伤害,但有些生物可以做得更好。” 这可能意味着随着藻类的生长、死亡和分解,氧气会减少。
但是水面上的物理油膜也可能通过阻挡阳光来减少藻类的数量——有可能最大限度地减少近岸死亡地带。“(对于这种阻挡阳光的措施来说)关键是让油膜静止足够长的时间,”威廉与玛丽学院的海洋生物学家罗伯特·迪亚兹说。“如果油膜只是经过,光照和光合作用的减少可能是短暂的和轻微的,”因此对阻止正在进行的季节性死亡地带没有任何作用。
石油本身也对某些藻类有直接的毒性,并且在与阳光相互作用时会变得更具毒性,这种效应称为光毒性,这也可能会减少死亡地带。在 20 世纪 80 年代巴拿马海岸发生的小型石油泄漏事件中,这种光毒性在杀死珊瑚和其他浅水海洋生物方面发挥了关键作用。“事后看来,很大一部分损害来自光增强毒性,”环境组织 Oceana 的环境化学家杰弗里·肖特说,他研究了埃克森·瓦尔迪兹号石油泄漏和其他泄漏事件的后遗症。“在实地,人们对此的了解还不是很透彻。这次石油泄漏可能会给我们一个机会,让我们更多地了解这在多大程度上是一个因素。”
此外,用于分解石油的分散剂,如 Correxit 9500,对浮游植物有毒。美国国家科学院在 2005 年的一份报告中指出,百万分之 20 的分散剂抑制了 50% 的墨西哥湾硅藻骨条藻在 72 小时内的生长。“如果英国石油公司在死亡地带的区域以与在井口相同的速度施用分散剂,那么他们在控制死亡地带方面可能会有所作为,”迪亚兹说。
在深水中
无论近岸地区发生什么,墨西哥湾的较深水域——石油直接泄漏的地方——可能会形成它们自己的死亡地带,这要归功于微生物分解石油并在此过程中消耗氧气的繁忙工作。在著名的莫比尔湾欢庆活动中可以找到这种繁忙工作的例子——由于某些天气条件,深海生物(如螃蟹和虾)大量迁徙到较浅的水域。当有机沉积物被微生物分解时,较深水域中迅速形成低氧区时,就会发生欢庆活动,促使深海螃蟹、虾、比目鱼和其他鱼类迅速迁徙到较浅、含氧量更高的水域。由于低氧条件而感到震惊,它们很容易大量收获——因此得名欢庆。现在,在石油泄漏及其引发的微生物活动增加之后,可能会出现低氧或无氧(缺氧)条件。
同样,墨西哥湾的远海海域可能会出现更多或更大的低氧或无氧深水区域。墨西哥湾中部水域的低氧浓度自然持续存在,从大约 100 米到 1000 米不等,降至每升 3 毫克,而其他水域的平均浓度高达每升 6 毫克。(相比之下,浅水死亡地带的氧气水平低于每升 2 毫克。)这意味着这些深度的生物已经习惯了低氧环境,但细菌、真菌和其他微生物吞噬石油可能会将这些区域扩大到地表水或底水,或者使低氧区缺氧——复制欢庆活动的效果。
氧气含量减少或没有氧气会杀死那些移动速度不够快(或根本无法移动)以逃脱氧气缺乏的海洋生物,例如锚定在海底的不能移动的洛菲利亚珊瑚或相对不能移动的动物,如蠕虫和螃蟹。“随着石油分解,微生物呼吸作用的增加可能会扩大这个区域,”斯克里普斯海洋研究所的生物海洋学家丽莎·莱文在一封电子邮件中写道。“水中的低氧区将导致动物迁徙和栖息地压缩,但也可能导致运动能力较差的生物死亡。”
由于气候变化导致水温升高,这些区域正在扩大。“从有机基质来看,你可能会从石油中得到类似的回应,”迪亚兹说。
以虾为例,由于它们偏爱的栖息地中的氧气水平过低,虾可能会被迫迁徙到不同深度的更密集区域。“这只会让它们压力更大,并且对可移动动物种群的预测将是负面的,”迪亚兹说。“多种压力因素会导致更高的死亡率。”
稀释是解决方案吗?
幸运的是,墨西哥湾的巨大水量将有助于抑制即使是美国历史上最严重的石油泄漏事件的影响,该事件可能已经向海洋倾倒了超过 1.5 亿升的石油。“稀释并非解决污染的唯一方法,但相当大的水量已经是深水的一部分,氧气含量很低,”LUMCON 的拉巴莱斯指出。“(水)量太大了。”
加州大学圣巴巴拉分校的生物地球化学家大卫·瓦伦丁计算,每天增加 20,000 桶石油,加上微生物降解率,将在大约 40,000 平方公里的海洋区域(深度 1.5 公里)中增加 30 多天,这将产生“1% 的氧气下降。在区域范围内,它可能不会导致大规模死亡。局部而言,它可能更成问题。”
例如,没有人确切知道墨西哥湾海底会发生什么,这个区域科学家并不十分了解。钻井泥浆被用来试图将石油强行回收到泄漏现场的井中,这可能会加剧马孔多井附近的低氧条件。毕竟,大部分泥浆都渗漏回去了,其中掺杂着碳氢化合物,并沉淀在井口周围的沉积物中。“在钻井液被排出的地方,应该会发生一些局部的氧气消耗,”拉巴莱斯说。“它将对底栖(深海)动物群产生一些局部影响。”
而且,分散剂被直接施加到地下的石油中,这导致了更多富含养分的石油食用微生物以及地下羽流,英国石油公司首席运营官道格·萨特尔斯在 5 月 29 日的新闻发布会上指出,石油公司无法清理这些羽流。公司首席执行官托尼·海沃德继续否认可能存在这种地下羽流。
“我们依靠分散作用将浓度降低到石油毒性阈值以下,”加拿大渔业和海洋部下属的海洋石油、天然气和能源研究中心主任、微生物生态学家肯尼斯·李解释说,他一直在帮助处理墨西哥湾的灾难。“当然,分散剂也可以刺激微生物的生长。”
最终,一场巨大的科学实验正在墨西哥湾进行,因为浮油与季节性浅水死亡区相互作用,而分散的油滴羽流为微生物生命提供了丰富的食物。 大量的科学考察希望评估并更好地了解石油泄漏将如何影响从潮汐河口到海面下1500米的所有地方。“目前没有人知道这些潜在问题将在多大程度上改变我们的生态系统及其功能,”斯克里普斯的莱文说,“但可能会产生重大影响。”