探索海洋碳封存技术:现状、问题与未来

 

海洋碳封存是一项优势明显、封存潜力巨大的新兴CCS技术。然而,该技术存在的风险也逐渐为人们所认识。将CO2直接注至水柱会引起海洋酸化;若将CO2封存于海底沉积物中,则可能会因注入时孔隙压力增高或水合物形成时温度增高而导致其泄漏于海水中。此外,CO2会使沉积物所处的环境酸化,从而在沉积物中引起一些化学反应,改变元素的存在形式及其溶解性和渗透性。如将砷转化成对海洋生物有毒的形式;铁和铜等元素既可转变成能被生物利用的形式,在一定程度上向海洋补充了营养元素,但也会引起富营养化,对海洋生态系统造成负面影响。

 

CO2泄漏造成的海洋酸化及酸化引起海洋环境中其他条件的变化对海洋生物均会产生重要影响。早期的研究认为,海洋酸化会给海洋生物带来致命的影响。然而,最新的研究则显示,酸化对海洋生物的影响是复杂多样的。海洋生物会因种属、生命周期和环境等方面的差异而对海洋酸化作出不同的响应。通常认为,因深海生物代谢缓慢、寿命长、所处环境较稳定,故更易受到pCO2升高的影响。然而,实际的研究则发现,深海北极甜虾却与潮间寄居蟹一样,具有应对海洋酸化较成熟的机制,且对海洋酸化具有更高的耐受性[28,34,52]。对日本虎斑猛水蚤和东风螺的研究发现,海洋酸化对不同生命周期的海洋生物具有不同程度的影响。有关珊瑚藻(Corallinealgae)构造的拉曼光谱研究表明,该藻的构造对海洋酸化速率的变化比酸化的程度更加敏感。

 

海洋酸化不但直接影响海洋生物的生命过程,而且可通过增强重金属离子从沉积物中的析出而间接影响其生存。如酸化和重金属离子的增加不仅能抑制硅藻的生长,而且酸化还会增强重金属相对生物的毒性。虽然酸化可诱导部分生物的生理机能增强,但Spicer等则认为这仅仅是一种假象;实际上这部分生物的生理适应性已增长至接近极限,一旦发生CO2泄漏,其处境会更加危险。生物感官对化学品刺激的响应是其感受周围环境的重要行为,而非生物因素对该过程的扰动均会对其生存、健康和物种间交流产生重要的影响。故需研究不同物种和不同栖息地的海洋生物对高浓度CO2的响应。