气候变化不仅使全球海洋变暖，还使得海洋生物呼吸更加困难。
华盛顿大学海洋学学院副教授柯蒂斯·多伊奇（Curtis Deutsch）研究全球气温升高如何改变世界海洋中溶解氧的水平。科学家们一直在警告说，可用氧气的减少会增加一系列物种的压力，即使它们也面临着气温上升和海洋酸化的影响。
多伊奇的最新研究正在理清多少氧气损失与气候变化有关，又有多少是由于氧气水平的正常变化。
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他说：“随着气候变暖，氧气量会下降，但要在海洋中看到这种变化真的很难。”
多伊奇和美国国家大气研究中心以及佐治亚理工学院的科学家们使用地球系统建模方法，绘制了到21世纪末全球海洋氧气水平的变化图。
图片由美国国家大气研究中心马修·隆提供。
他们发现，区分全球变暖的影响与其他氧气损失来源是可能的。早在2030年至2040年，全球海洋中就可以检测到气候驱动的氧气水平下降。在某些地方，如印度洋南部以及东部热带太平洋和大西洋盆地的部分地区，与气候相关的脱氧迹象已经显现，而其他地区到2100年都不会发生变化。
研究人员最近在《全球生物地球化学循环》杂志上发表了他们的研究结果。
“在某些地方，您实际上可以相对较早地检测到变化，就像现在一样。气候变暖的特征正在创造一些历史上从未见过的东西。其他地方则很难检测到，要么是氧气缓慢减少，要么是（自然）变化太大。因此，基本上结果取决于您所在的位置，”多伊奇说。
海洋 O2 研究充满挑战
气候变化的影响在氧气耗竭事件极端或低氧水平趋势长于正常水平的区域很明显。他解释说，像印度洋南部这样最早显示出最强变暖信号的地方往往是受变暖影响最严重的地区。
这些变化对各种海洋生物都有重大影响。
他说：“氧气在物种能否生存方面发挥着至关重要的作用。”
每当海洋温度升高一度，氧气浓度就会下降2％。短期而言，较高的温度会减缓海洋环流速度，加剧区域氧气耗竭。温度升高导致海洋水层分层，因此富氧的表层水与来自深海的贫氧水混合的能力降低。
与此同时，较高的温度给海洋生物带来了更大的压力，导致它们的新陈代谢加速，对氧气的需求增加。
多伊奇说：“因此，您会发现各种因素都在两方面挤压着它们。”
对气候变化如何影响海洋氧气水平进行全球研究一直是海洋科学家面临的持续挑战。一个问题是，研究人员研究海洋氧气水平的时间并不长，因此没有大量的数据收集历史可以借鉴。
即使研究了海洋氧合作用，氧气水平被采样的地点数量也有限。而且由于采样不一定随着时间的推移保持一致，因此研究人员可能会发现低或高氧气读数，而这些读数实际上是异常值。
这使得科学家们仍在提出一个问题——全球变暖在多大程度上限制了全球范围内的氧气供应？
“你永远无法用数据真正回答这个问题，我们只有我们拥有的数据。唯一的方法是使用模型来询问，变暖信号需要多长时间才能明显超出正常范围，”多伊奇说。“我们仍然处于全球变暖现象的早期阶段，而且本世纪二氧化碳的上升速度比上个世纪快得多。”
影响远不止酸化
为了使他们的预测更加准确，多伊奇希望通过近4000个Argo浮标（收集数据并向卫星发送信息的自主海洋机器人）来更广泛地使用海洋氧气监测。他说，目前，这些浮标主要用于收集温度和盐度数据，但是已经存在可以测试氧气水平和酸度的技术。
他们在研究中使用的计算机建模能够通过模拟自然海洋过程并显示全球范围内的广泛模式，来确定氧气水平可能何时何地达到无法恢复的历史低点。
俄勒冈州立大学综合生物学系副教授弗朗西斯·陈（Francis Chan）说：“这正是我们该领域一直在等待的那种研究。” 陈没有参与这项研究。陈研究俄勒冈海岸附近的海洋氧气浓度。
他将研究人员的发现描述为“令人沮丧”，并证实了其他观察性研究中记录的海洋变化。
陈说：“这更像是一个警钟，我们一直担心的变化比我们许多人想要的更强烈，而且迫在眉睫。”
先前的研究也表明，全球海洋氧气水平正在下降。2011年发表在《地球物理研究快报》上的一项研究发现，在1970年代至1990年代之间，上层海洋的氧气浓度普遍下降。进行这项研究的澳大利亚科学家认为，氧气损失的主要驱动因素是表层水和深海之间的分层增加，从而阻止了氧气充分混合。
其他研究人员，例如斯克里普斯海洋学研究所的荣誉研究海洋学家兼加利福尼亚合作海洋渔业调查前主任托尼·科斯洛（Tony Koslow），则专注于氧气水平的变化如何影响海洋生物。
他说：“我认为有充分的证据表明，由于变暖，氧气水平已经在下降，而且没有任何自然模式会导致全球下降。”
科斯洛研究了气候变化驱动的变暖对被称为氧气最小值区（OMZ）的影响，这些区域是自然发生的低氧区域，位于海洋表面以下很深的地方。2011年，他发表了一项研究，内容是关于自20世纪中叶以来，生活在加利福尼亚州南部海岸OMZ上方的鱼类种群是如何变化的。
科斯洛和他的同事发现，自1951年以来，这些中层鱼类的24个分类单元下降了60％以上。同时，在过去的20年中，OMZ向上扩展到海洋表面40米，并且在过去十年中，氧气水平下降了20％。科斯洛推测，氧气减少迫使鱼类更靠近水面，在那里它们更容易受到捕食者的攻击。他将这种规模的下降描述为“可能具有重大意义”。
尽管这些鱼类没有商业价值，但它们是其他鱼类、鱿鱼和鲸鱼等海洋捕食者的重要食物来源，有助于支持生态系统健康。更广泛地说，先前的研究发现，自1950年代以来，印度洋，太平洋和大西洋的OMZ中的氧气水平下降。
科斯洛说，在大多数情况下，公众并没有那么了解气候变化对海洋氧气水平的影响。
“人们谈论气候变化很多，但是当他们谈论对海洋的影响时，他们谈论的是温度和酸化。但是对氧气的影响非常大，而且我们已经看到了这些影响，”科斯洛说。
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