波羅的海如何救?

知識新知 08/01/2012


波羅的海因人為污染,造成生態劣化。目前提出許多地球工程搶救計畫,雖說有創意構想和新科技,但也有許多未知後果,還不如目前減少營養鹽排放的計畫有效。

波羅的海是全世界最大的人為污染死亡海域,不僅優養化嚴重,也極度缺氧。過去五十年間,污水處理場、農業及工業傾倒含兩千萬噸氮與兩百萬噸磷的廢水進入波羅的海,造成藻類大量增生。

夏季,藍綠菌形成的綠色軟泥覆蓋整片海灘。這些藻類死亡後,它們下沈至海床逐漸腐化,用光所有的氧氣。底層缺氧的水無法讓更高階的生物存活,如鱈魚等魚類的可居棲地逐漸消失。過去十年,平均每年約有六萬平方公里的波羅的海成為缺氧區,不再有足夠氧氣來支持正常生態系運作。

為了解決這個問題,提出了好幾個大尺度的地球工程干預措施,並保證這些激進補救措施能夠在短時間內改善水質。這些方法受到媒體歡迎,也有政治吸引力。但是他們也可能造成危險。我們不應因為這些補救措施,就忽略了已經進行的降低波羅的海含營養鹽廢水排放的行動計畫。模型預測,該計畫能大量減緩缺氧狀況(參見〈在波羅的海呼吸〉)。

窒息的大海

世界各地水質缺氧的問題都在日漸增加。全球暖化可能加劇此現象,溫度上升會提高藻類分解速率,降低空氣中氧氣溶入海洋表層水的速度。氧氣濃度降低會殺死海床上的生物,也會改變系統中元素循環的方式。在缺氧環境裡,底質中含磷的氫氧化鐵會分解,磷溶解入水的量增加。同時,低氧的環境也會抑制底層的脫氮細菌,提高氮含量。淨效應是磷含量提昇,因而得以供給固氮藍綠菌與藻類大量增生時所需的養分,導致更嚴重的缺氧現象,形成一個惡性循環。

使用幫浦去混和水團是一道可行的對策。但這也有嚴峻的挑戰:整個波羅的海需要約一百座能運行至少數十年的幫浦,將高溶氧量的水由五十米打入一百二十五米深的水層。這項計畫至少需要花費二億歐元(約七十三億新台幣)。

問題的重點在於,牽扯到的海水量太過龐大。依據估計,如果希望波羅的海底層水不低於缺氧的最低標準,即每公升海水需含至少兩百毫克的氧氣,必須耗費兩百萬至六百萬頓的氧氣。理論上,如風力等再生能源能夠作為這些海上幫浦的驅動力。但是,涌動也會將表層的鹽分淡的水移至深層,可能擾亂自然的水循環模式,並影響某些魚類的生殖成功率。

暖化的海水

二○○九年,瑞典政府花了三千萬瑞典克朗(約台幣一億三千萬)研究這項幫浦計畫是否可行。最新的試驗研究報告顯示,該裝置確實能夠增加氧含量。但是,部分效果會被逐漸增高的水溫抵消,因為溫度增加能加速底層細菌的代謝效率,進而消耗氧氣。舉例來說,芬蘭近岸實驗站附近的底層水增高溫度高達攝氏八度。溫度升高也會造成水中銨含量上升,並刺激有毒的藻類生長。

在瑞典西部,幫浦擾動了深峽灣中不同鹽度的水層,改變了水體的循環和流動模式。這些計畫應當受到公正、全面的審議,但是到目前為止,它們的主要評估人都是地球工程的擁護者們。

另一項目前正在瑞典沿海進行地區性試驗的地球工程計畫,是額外添加能吸附底層沈積中磷元素的化合物。這項實驗於斯德哥爾摩群島展開,使用目前用來處理廢水與飲用水的聚合氯化鋁作為吸附劑。二○一一年,這項小範圍實驗取得數個月的成功,研究團隊也得到地方政府授與進行更大範圍實驗的許可。

由於化學物質的成本因素,大多數這類實驗都限於小湖泊進行試驗。因此,人們很難知道這是否在鹹水中依然有效,也不知道結合到鋁上的磷在底層中能埋多久,或是這對於水的酸鹼度有何影響。波羅的海的大範圍實驗將要遵循一九七二年頒布的〈海洋廢水及其它污染物傾倒公約〉(又稱〈倫敦公約〉)。這項法案阻止添加鐵來封存二氧化碳於海中的實驗。

快速增加深層水的溶氧量,可能造成波羅的海其他有毒物質釋出的風險。溶氧豐富的水會吸引並支撐如深海蠕蟲一類生物的生存,它們會擾動底層沈積物 。也就是說,原本封存在波羅的海底層沈積物的一些有毒物質,如多氯聯苯和DDT,可能因此被釋出。至今尚未對此問題的風險進行完整分析。

然而,地球工程計畫仍繼續向前。例如,總部設於奧斯陸的公司Inocean宣布,將在南波羅的海建立一座示範風力幫浦。這項由瑞典歌德堡大學海洋地質學家斯迪格博蘭特(Anders Stigebrandt)主持的計畫,今年五月收到歌德堡的瑞典海洋與水文管理局、赫爾辛基的北歐投資銀行與北歐環境金融公司共同資助的兩百萬瑞典克朗(約新台幣八百六十四萬)。斯迪格博蘭特強調,計畫開始前,他們將展開全面環境影響調查。

降低過多的營養源,則是另一個更好、更具成本效益的治本方法。藉由位在赫爾辛基的波羅的海海洋環境保護委員會(又稱赫爾辛基委員會)與從二○○八年開始的歐盟海洋策略架構指引,環繞波羅的海的九個國家通力合作,努力降低排放到波羅的海的營養源。排放入海的含氮和含磷濃度,自一九八○年達到高峰之後,便逐漸下降,絕大部分原因是民生廢水整治的改進,以及工業廢水排放量的減少。

每年,排放至海中的磷濃度每年減少了三萬噸(約是最高峰的百分之四十);氮濃度約減少四十萬噸(減少百分之三十)。二○○七年,波羅的海周邊國家雄心勃勃地簽署了〈波羅的海行動計畫〉,同意在二○一六年以前,進一步削減磷和氮的注入量,預計較現在分別降低百分之四十二與百分之十八的濃度。在二○二一年以前,要讓波羅的海海洋環境達到「優良生態狀態」的目標。

為了改進水質與生態系的健康,這種行動是必要的。儘管現在的努力,僅使水質進步一點點,缺氧區域面積仍持續增加。模型預測,經過一段時間,只要營養鹽注入量能持續依計畫降低,只要真能如此,〈波羅的海行動計畫〉應該能減少缺氧面積。

波羅的海在康復的路上,如果那些高調的地球工程計畫分散了〈波羅的海行動計畫〉經費,以及對該計畫的關注,那就太遺憾了。但是那仍可能發生。瑞典海洋局曾表示,南波羅的海前導混和水層計畫經費,應該挪用來幫助瑞典達成〈波羅的海行動計畫〉的需求。即使混和計畫很有創意,也相當高科技,比起昂貴又可能造成傷害的那些方法,減少陸地向海洋排放營養鹽來源應該更直接有效。
(本文為瑞典隆德大學生態系地球生物圈中心柯立教授在二○一二年六月二十八日《自然》雜誌專文)
【知識通訊評論月刊一一八期】2012.08.01

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