閱讀科普的思考

原對話發生於2011/05/19


Futai Chuang
最近幾年大學學測常考閱讀測驗，也常有些題目跨越地球科學、生物、物理、化學，海洋酸化其實這是這種跨越學科的主題，特別將美國大氣總署所製作的專題簡單翻譯，可做為同學學習的參考. 高中地球科學學習小站: 海洋酸化--溫室效應的另一大隱憂

孫勻廷  
詳情可見國家地理雜誌4月號 

沈勇賢  
科學人也有報導過,關於酸化對生物所造成的影響

Angelo Lin

福泰兄, 這短文的內容似乎有兩個部份是有討論空間的, 我提出來或許能集思廣益一下:
1.
文中暗示性地提到海洋酸化的原因是來自於CO2的吸收. 在討論這問題時需先思考水體酸化的成因, 水體硬度高時, 其實越不易受到外在"變動"的H+或OH-影響而改變其pH, 當我們用兩種度量水質硬度的單位來想都能歸結到同樣的想法. 常用的硬度標示法有兩種, 一者是KH(碳酸鹽硬度), 另一個則是GH(總硬度), 簡言之, 前者表示水中所含HCO3-的濃度, 代表水體中可用來緩和H+或OH-產生影響 的程度(可參考該短文的圖), 也就是說KH越高, 水的pH越不容易變動. 而後者的總硬度則是表示Ca2+和Mg2+的濃度, 這兩種鹼土金屬水合的結果也是使水質偏向鹼性, 當濃度高時, 也不易使水質的pH降低. 所以究竟CO2的大量吸收是不是會造成海水pH值下降, 是會的, 但是是建立在硬度低的水質條件下, 所以並不是很合適那麼武斷地將之視為海水酸化的"因".
或許該思考的是, 人類做了什麼其他的事讓海水"變軟"了? 例如捕獵? 例如排放有機酸與這些離子螯合了? CO2是問題沒錯, 但視之為萬惡淵藪恐怕是太沉重了. 實際上很多養殖軟體動物或珊瑚的人並不是致力於排除海水的CO2溶解量, 而是利用許多方法增加水中的鈣含量, 有興趣可以進一步搜索"鈣反"這個詞
2.
海水中CO2濃度高真的對海洋中能行光合作用的生物是好的嗎? 雖然我們知道CO2是光合作用的必要物質, 但對於這些具有葉綠體(素)的生物而言, 他們偏好的是氣態的CO2或是HCO3-也還未有定見, 且在照度這麼強的陽光底下, 光飽合點(光照度在增大到某程度後光合作用效率不再增加)也是討論光合作用時得思考到的問題

Futai Chuang  

謝謝你提出來的觀點，我可以把它放到部落格上去嗎?我其實對你所談到的第一部分不甚了解，在翻譯過程我請教了化學老師，他也談到類似的觀點，我們在地球科學課本裡談到了CO2對pH值有一種緩衝的現象，海水中有了二氧化碳，它的酸鹼值就會比較穩定，因為如果有鹼性物質進來就會被碳酸根中和，如果有酸性物質進來也不容易一下子就降低pH值太多，這應該和你所談的類似，但是緩衝究竟是多大範圍，ＮＯＡＡ提到pH值下降0.1就他們來看是極大了。

Angelo Lin

福泰兄, 我只是基於自己的了解和一些養水生生物的經驗做一點分享, 若您覺得有趣或對學生有用, 您當然儘管使用無妨. 針對第一點, 其實我只是想釐清, 用CO2作為海水酸化的"因"是有討論空間的, 以這個化學式來看 CO2+H20←→H2CO3←→HCO3- + H+, 在水體置入CO2的確最終會導向於釋出H+而使pH下降, 但問題是, 假若水體本身的HCO3-濃度高(高KH)或者鈣鎂離子高(高GH與pH)時, pH下降的效果即不明顯, 海水的KH和GH均較高, 因此即具有緩衝pH陡降的特性, 用非科學的用語來說, 若要以CO2做為pH顯著下降這個"果"的"因", 則須要有軟水這個"緣"的存在才可以. 此外, 文中提到這些生物的外套膜分泌物(軟體動物的殼)及石灰質骨骼所遭遇的缺鈣問題, 其實也應從海洋環境的碳酸鈣沉積量去思考是否真的是CO2所造成, 否則很難去推估缺鈣問題是溶解CO2過多造成還是鈣離子被其他因素移除(例如被人類捕撈後, 生物體內的鈣離子就留在陸地上了). 此外, 其實也還有全球暖化水溫上升造成CO2溶解量下降, 洋流的流動也會促成CO2逸散...等等因素可以考慮. 然後pH的變動部份, 0.1真的很大嗎?我自己的魚缸有時一天會上下到0.3~0.5, 打CO2的軟水草缸變動會更劇烈...

沈勇賢  

我找到了(第105期中的海洋生物面臨酸化威脅)
http://edba.ncl.edu.tw/sa2/pdf.file/ch/c105/c105p104.pdf
裏頭有提到對生物的影響
我在想魚缸的生態系統跟整個海洋的生態系統應該不能比擬吧!而且魚缸平常的變動就很大了,會不會那些生物早已習慣如此巨大的變化,才能生存下來.(就像人類XD)

Angelo Lin

水族箱的生態環境當然無法與海洋這麼大的水體系統比擬, 但水族箱的環境條件(變因)是相對來說較能夠透過人為控制或量測, 即便如此, 想要透過實驗研究的方法來釐清生態系裡的種種變因及其交互作用仍然是困難重重, 原因就是連像魚缸這樣的小生態系我們都很難精準且理想地控制變因, 這樣的問題也反應在目前的從事水產(養殖)業界的生態上, 很多時候仍以經驗法則掛帥.

回到這個報告, 其中引用的文獻若為真, 則其中探討海水酸化影響生物生理的部份是較為可信, 因為看起來大多是透過實驗研究法來進行探究, 最終將生物生理異常的發生歸因於較酸的海水是有道理的. 但對於海水酸化的成因簡化地推估到大氣中CO2的上升, 從文獻來看是有其解釋的極限的, 用很簡單的角度就能想出, 如果將"CO2增加→海水變酸"變成"人口增加→海水變酸"這樣呢? 在邏輯上的問題乃在於探討這個現象的研究看起來是利用相關 研究(大概也只能利用相關研究), 在沒有辦法控制所有控制變因的情境下, 本就不適宜作因果推論, 這也是我前面一直在提的事. 若以地質的歷史事件來推論, 恐怕又會有更大的邏輯缺失. 我的草缸CO2一開pH值就往下降是事實, 但自變項只有CO2嗎? 海水pH值往下降也是事實, 但自變項只有CO2嗎? 很多時候許多科普文獻會引用數據甚至其他文獻來佐證自己的論點, 但去思考其邏輯的適切性是更重要的! 對科普書籍或文章的論述邏輯有興趣的, 我會推薦一本書名為"假環保"的書, 並不是推薦他的內容, 而是推薦這書可以訓練自己閱讀科普文章的邏輯感...