海洋最后的機會-新知探索
海洋現在一團糟。魚群的數量已經減少了90％，珊瑚礁也消失了1／3，甚至還出現了幾百個沒有生命的死亡區。
避免有毒物質流入海洋
進入海洋中的污染物質多種多樣，其中既有每年從高速公路流入海洋中的數百萬升汽油，也有在太平洋垃圾帶上旋轉的海量塑料垃圾。但是，最具毀滅性的還不是這些，而是來自化肥和污水中的氮和磷。當大量含有這兩種元素的污水流入海洋中時，就會造成海洋的富營養化，進而導致海藻大爆發，將海水中的氧氣消耗殆盡，使海洋生物窒息而死。這種被稱為“超營養作用”的過程已經在全世界的海洋中造成了至少405個“死亡區域”。
在發展中國家，城市生活污水是導致超營養作用的主要元兇。但是在歐洲、美國和中國，動物排泄物和化肥才是真正的罪魁禍首。僅在美國，每年飼養的約100億只雞、8000萬頭牛和1。49億頭豬會產生5億噸排泄物，其中的絕大多數都被播撒到了田野里。此外農民們還要在種植過程中使用5500萬噸合成化肥，這些動物排泄物和化肥中的很大一部分最終都隨著水流進入了大海。
超營養作用是可逆的。例如，在20世紀80年代，黑海中存在著世界最大的死亡區域。但是隨著蘇聯的解體，當地農民無法再獲得并使用大量的合成化肥，這個死亡區域在1996年徹底消失了。
改進的廢水處理工藝、更嚴格的動物排泄物管理都能對減輕超營養作用有所幫助。但是，最簡單有效的方法還是放棄犁地。也就是說，當種植的時候農民根本不去理會去年種植的玉米留下的茬子和根部，而是采用現代條播機進行播種，并采用滴灌技術澆水和施肥。
對碳排放進行限制
在過去20年中，海洋的化學成分在以地質史上前所未有的速度發生著變化，海水的酸度增加了約30％。雖然這并不會使在海水中戲水的人們感到皮膚灼燒（至少不會很快如此），但是卻使很多海洋生物的甲殼和外骨骼開始溶解，進而對整個海洋生態系統產生威脅。
海水酸化的原因很容易理解。從工業時代開始，人類活動釋放到大氣中的二氧化碳有1／4被海水吸收。長期以來，海水對二氧化碳的吸收都被看做是一件好事，因為這個過程等于給不斷加速的全球變暖踩了一腳剎車。但二氧化碳溶解在海水中后，就形成了碳酸。上一次海水的酸度增加到如此程度還要追溯到6500萬年前，當時火山的活動使海水酸度顯著增加，導致了物種的大滅絕。即使在那個時代，幸存下來的生物也花了幾百年時間才適應了海水的酸度——如果不采取任何措施，今天海洋中的生物根本沒有這么多時間來適應。
要制止海水酸化沒有什么特別好的辦法。最好、也是唯一可行的方法，只能是減少二氧化碳的排放。
修復水循環
隨著氣溫升高，地球的水循環過程——海水蒸發后變成雨水降落下來，然后再次蒸發——也在加強，這也導致海水鹽度的平均值不斷升高，海水越來越成。那些鹽度最高的地方將變成海洋中的“沙漠”——由于鹽度過高，沒有生命能夠在這些地方生存。
迄今為止，科學家幾乎沒什么方法可用于逆轉水循環增強。但是，一種名為海洋熱能轉化（0TEC）的技術也許能有所幫助。從20世紀70年代開始，工程師們就開始嘗試將海洋深處寒冷的海水抽到溫暖的海面。他們認為海水的溫度差會形成熱機作用，可以生成能量。當在較大層面上應用時，OTEC技術將帶來有益的副作用——將表層海水的溫度降低。
在那些鹽度最高的區域，將深層海水抽到表面也許能幫助創建出富含生命的樂園。2002年，日本東北大學的研究人員就一個“永久性鹽噴泉”進行了試驗。一根細管將鹽度更低的深層海水抽到鹽度較高的海水表面，寒冷的深層海水從管子的底部進入，溫度逐漸升高，最后在海面上被噴出來。盡管變得溫暖，這些海水依然具有較低的鹽度，而且富含能促進浮游植物生長和光化作用進行的營養物質。日本研究人員使用的是一根在太平洋馬里亞納海溝上方漂浮的PVC塑料管，管子長300米，固定有GPS設備。初步的試驗結果是令人興奮的。“在管子的周圍，葉綠素的濃度非常高。”研究小組的負責人圓山重直教授說，“比周圍海域高了100倍以上。”與OTEC技術一樣，“鹽噴泉”技術也只是減緩全球變暖的權宜之計，而不是根本性的解決方法。但是圓山重直本人對這種方法持樂觀態度，他認為更大規模的“鹽噴泉”技術的應用具有修復區域性水循環紊亂的潛能，并計劃明年在大洋上啟動一個新的“鹽噴泉”項目。
制止物種入侵
50年前，如果你在鱈魚角拉起船錨，錨鏈上會沾滿了貝殼、蚌和海藻。而如果你今天在那里拉起船錨，會看到錨鏈上滿是一些名為“被囊”的黏液狀無脊椎動物——世界上4000種侵入性水生物種之一。隨著全球貿易，物種入侵變得越來越頻繁，入侵的物種也多種多樣。例如，“被囊”入侵了美國的東北部地區，獅子魚則侵入了東南部地區。這些入侵物種與土生土長的物種爭奪資源，破壞當地的生態結構，給原生物種帶來了很大影響。
“被囊”是一個說明入侵物種如何毀壞當地環境的生動樣本。20世紀70年代，至少有一種“被囊”來到了新英格蘭地區。“它們很可能是搭乘一艘日本貨輪來到了這里。”伍茲霍爾海洋研究所的研究人員瑪麗·卡曼說。一些種類的“被囊”侵入了鱈魚角的蔓草海床，它們驅逐了這里的扇貝，而這些扇貝是當地漁民的主要收入來源。當地人試圖用漂白劑和其他方法來消滅它們，但是幾乎沒有收到任何效果，“它們的適應性和韌性令人驚訝。”卡曼說。
“總的來講，物種入侵就像是擠出來的牙膏。”威廉姆斯大學的生態學家詹姆斯·卡爾頓說，“你別想再把它們弄回到牙膏管里。”減少物種入侵的最好辦法就是防止它們移動到新的地點。每年在全世界航行的商船有幾十萬艘，很多入侵物種都是藏在這些商船的壓艙水中在世界各地移動的。美國環保署和海岸警衛隊目前正在聯手起草針對壓艙水的管理條例，將對壓艙水中有機物的數量設定標準。與此同時，幾十家公司正在開發讓壓艙水能滿足這個標準的技術，包括電腦監控的過濾和紫外線照射。
對那些已經入侵的物種，最好的希望也只能是控制它們的數量，而控制它們數量最好的方法就是吃掉它們。2009年，美國海洋與大氣管理局啟動了一個項目，調查漁民、廚師和就餐者對吃獅子魚的興趣。
拯救珊瑚礁
在過去20年里，全世界的珊瑚有1／3被摧毀，90％位于斯里蘭卡、坦桑尼亞、肯尼亞、馬爾代夫、塞舌爾海濱的珊瑚處于危險的境地。
如果在未來30年里，海水的溫度像預計的那樣再升高4攝氏度，澳大利亞大堡礁的95％將會消失。導致這種情況的最主要原因是珊瑚白化。隨著海水溫度的升高，水生細菌會變得越來越興盛，它們會攻擊與珊瑚蟲共生、寄生在珊瑚內的海藻。這些海藻以光合作用的形式將陽光轉換為能量（以糖的形式），這些能量被提供給珊瑚蟲，并賦予珊瑚以顏色。一旦這些海藻死亡，珊瑚就會變成幽靈一樣的白色。
盡管沒有人知道確切原因，但是紅海和波斯灣中的珊瑚卻避免了這種厄運。以色列特拉維夫大學的微生物學家尤金·羅森博格認為，是不同種類細菌的存在導致了這種截然不同的命運。“就像人體內一樣，珊瑚中也生活著數千種不同的細菌。”他說，“某些細菌能幫助珊瑚適應環境的變化。”例如，當紅海中的海水溫度升高4攝氏度的時候，一種名為溶珊瑚弧菌的非居民細菌會攻擊某些珊瑚中的海藻，但是溫度的升高同樣會激發珊瑚中的某些細菌，展開保護海藻的行動，這也能解釋為什么有些在更高溫度海水中的珊瑚沒有白化的原因。
現在，羅森博格和他的同事正在研究如何激發所有珊瑚的天然防御能力。一種策略是釋放噬菌體——一種攻擊細菌的病毒，以此來對付溶珊瑚弧菌。
在近期的實驗室研究中，這種噬菌病毒迅速摧毀了細菌，并在之后的兩個月時間里持續保持著作用。今年夏天，在大堡礁和紅海埃拉特珊瑚礁等一些珊瑚白化的地方，羅森博格將對自己的“噬菌體療法”進行場地試驗。屆時他將用健康的珊瑚包圍患病的珊瑚，并在某個樣本中使用噬菌體。如果一切都像在實驗室中發生的那樣，噬菌體將會對溶珊瑚弧菌展開進攻。當進攻的細菌抵達健康珊瑚的黏膜層時，噬菌體會復制100倍，將寄生細菌殺死。
如果試驗能取得積極的結果，下一步顯然將是更大規模的應用。羅森博格稱，只要50升每升含有100萬噬菌體的液體，他就能治療約48公里長的珊瑚，治療過程用船或者飛機就能完成。
