海洋也在挣扎着呼吸

受新冠肺炎影响的人，特别是那些病情严重的人，会出现呼吸困难。“我们需要组织中的氧气来保持身体运转和大脑清醒；病毒对我们肺部的损害会使身体失去这种重要的溶解气体。

这种缺氧的情况被称为缺氧，在世界海洋的许多地方，以及在河口、泻湖、河流和湖泊，这也是一种严重的情况。与海洋酸化或变暖相比，海洋缺氧受到的公众关注要少得多-但在世界许多地区，其影响可能同样深远，而且问题正在恶化。

造成海洋缺氧的原因有两个。第一个是研究最多的问题，那就是营养素过度富集这一过分有益的问题。大量的养分被作为肥料施用到农田里，从我们的污水和化粪池系统中溢出，从汽车的排气管中飘逸出来。不可避免的是，其中一些会进入水中，刺激微小浮游生物的大量繁殖，最终死亡和腐烂。随着腐烂过程消耗氧气，随后就会出现缺氧。污水处理厂起到了帮助作用，但还不够。一些营养丰富的低氧水域现在是臭名昭著的“死区”，例如墨西哥湾北部、切萨皮克湾和大多数夏天的伊利湖。

另一个主要原因是全球变暖。温度较高的水不能像温度较低的水那样容纳那么多的溶解氧。它也较轻，因此倾向于漂浮在较冷的层之上，切断了它们与大气的交换，因此它们最终也会变得脱氧。这种现象与营养物质过度富集没有直接关系，但会加剧和强化死区，并影响营养物质很少的深海水域。气候变暖是一个影响所有水域氧气状况的全球性问题，它还会助长藻类的大量死亡和腐烂，再次引发氧气流失的循环。

普通公众--甚至很多科学家--并没有意识到迅速扩大的脱氧规模。海洋生态学家鲍勃·迪亚兹(Bob Diaz)和罗杰·罗森伯格(Rutger Rosenberg)是最早描述这种现象的研究人员之一，他们在20世纪80年代开始研究这种现象对河口和沿海海底生物的影响。1995年，他们写道，对于沿海海洋生态系统来说，没有其他环境变量在如此短的时间内像溶解氧那样发生如此剧烈的变化，具有如此重要的生态意义。

2008年，迪亚兹和罗森博格在“科学”(Science)杂志上发表了一项里程碑式的研究，记录了400多个这样的区域，并表明它们的增长呈指数级。到2019年，他们的数字超过了700个，可能多达1000个，沿海死亡区的数量可能多达1000个。如果我们把已知的增长历史绘制成一张图表，并用全球经济产出指数“世界生产总值”(Gross World Product)对其进行彩色编码，我们就可以理解这些死亡区与人类活动的联系：

远离海岸的开阔海洋中的脱氧作用延伸得更远更深，这在很大程度上是由前面提到的温暖的水将下面的冷水封闭的趋势造成的。直到大约15年前，科学家们才完全意识到这些所谓的氧气最低限度区域的范围和范围，当时改进的仪器使科学家能够测量它们。10年前，它们的总面积估计为地球海洋表面积的8%-总共1170万平方英里，这个面积比北美还大，在大小上与整个非洲大陆相当。今天，这一领域正在扩大。

短暂的缺氧-甚至没有氧气，一种称为缺氧的现象-在自然界中很常见，许多生物通过搬走或暂时休眠来适应。极少数物种具有特别的耐受力，甚至有专门的新陈代谢途径来应对这些情况。然而，随着缺氧规模的增加，我们看到低氧事件如此之大和持续时间如此之长，以至于即使是高流动性的生物，如鱼类，也不能总是逃脱。有些生物可能能够生存，但变得如此虚弱，以至于它们难以移动和寻找食物。更别说消化了，想想新冠肺炎的患者，他们缺氧得筋疲力尽，几乎无法动弹，但这是一个基本问题，随着科学家研究海洋除氧问题，我们越来越多地看到它对从鱼类生长到生殖障碍等方方面面的影响。

尽管大多数关于脱氧的生物效应的研究都是在实验室进行的，但我和我的同事本·瓦尔瑟(Ben Walther)以及我们的学生和同事们已经学会了破译缺氧暴露的迹象，这些迹象被“记录”在鱼头的微小骨骼中，称为耳石或耳石。这些碳酸钙沉积物逐渐生长，并吸收各种微量元素，包括锰元素，只有在非常低的氧浓度下才能获得。生物学家米歇尔·卡西尼(Michele Casini)和我通过研究人一生对锰的摄取表明，严重缺氧的时期是深远的。由于可用氧气较少，鳕鱼用于觅食和抵御寄生虫和感染的能量也较少。因此，与生活在更好环境中的鳕鱼相比，它们是不健康的，而且变小了。到三岁时，暴露于高水平缺氧的鳕鱼比来自富氧水域的健康鳕鱼小三分之一。把这个数字乘以种群数量，你会发现生物量的损失是史无前例的。这有直接的经济后果，并可能给鱼类本身带来巨大的痛苦。

缺氧对整个生态系统的影响也会波及整个生态系统。最近的研究表明，在大片海洋中，即使是以鱼类为食的微型动物浮游动物，也经常生活在新陈代谢崩溃的边缘。热带北太平洋东部最低氧地带的一项研究发现，那里的浮游动物在极低氧气的微生境中迁入和迁出，它们是最耐缺氧的生物之一，但已经达到了代谢极限。预计氧气的进一步下降可能会把它们推到边缘，对公海的碳循环和其他生物地球化学过程产生重要影响。它们的食物网会受到影响，特别是在海底的食物网；有很多有记录的案例表明，敏感的无脊椎动物群落会成为缺氧事件的受害者，因为它们无法逃脱。低氧甚至被发现会导致珊瑚礁生态系统的大规模死亡，在某些情况下，可能会像更知名的水温升高的罪魁祸首一样发挥重要作用。即使是开放水域的生态系统也会随着健康栖息地数量的减少和物种的聚集而发生变化，这导致了新颖的食物-网络相互作用。新冠肺炎的长期复杂网络呈现出一种不可思议的相似之处。

对人类来说，幸运的是，新冠肺炎的疫苗应该会在2021年问世。虽然海洋前景不是那么乐观，但也不是没有希望。我们想想最初对病毒的反应，当时缺乏必要的医疗用品和技术，包括口罩和口罩；一旦认识到问题，就有可能优先生产来应对问题。

在沿海缺氧的情况下，减少营养污染，再加上湿地和海草的恢复，类似于口罩和呼吸器。它们有助于保护生态系统并增强其弹性。例如，这些方法极大地改善了水质，随后又恢复了佛罗里达州坦帕湾附近水域的生物多样性。经过几十年的营养管理，波罗的海和切萨皮克湾的一些地区开始显示出复苏的迹象。

迫在眉睫的挑战是应对全球变暖，这将需要国家和全球范围的新经济政策，以及各地政府和公民的承诺。尽管新冠肺炎在新闻周期中黯然失色，但在人类温室气体排放的推动下，全球变暖仍在上升，我们必须弯曲温室气体排放的曲线，就像我们必须扁平新冠肺炎的曲线一样。如果没有这样的改变，我们将走向一个黑暗、可怕的方向，没有人真正想去的地方。

铅图片：每年夏天，墨西哥湾都会形成一个以红色表示的缺氧区域。几乎没有东西可以生活在水面以下。发信人：美国国家海洋和大气局