全球淡水为何“褐化”？

“褐化”的秘密加拿大多伦多的安大略湖是北美洲五大淡水湖之一，属于世界最大的淡水湖群。如果你从湖里取出一公升的...



“褐化”的秘密

加拿大多伦多的安大略湖是北美洲五大淡水湖之一，属于世界最大的淡水湖群。如果你从湖里取出一公升的水装在白色透明的塑料瓶，就会发现这些水的颜色是棕色的或淡茶色的。

按理说环境良好的湖水应该澄清透明才对，可是湖水好像“褐化”了，为什么水会变这褐色呢？

颜色的奥秘在于湖水中溶解的一种有机物——溶解有机碳，水体呈现褐色正是它的功劳。对于在水中的鱼儿虾儿等生物来说，这样的水就好像具有防晒的功能，因为溶解有机碳能阻挡紫外线。不仅如此，这样浑浊的棕色水还是生物们的基本食物乐园。

那么，水中的溶解有机碳是从哪里来的？

当陆地上枯死的植物被分解后，有机碳回到周围的土壤，然后自然地渗入“水路”达到水体，变成溶解有机碳。

但近年来，这个过程已经开始加速，安大略湖中的溶解有机碳在最近十几年中一直处于稳步上升的状态。而且，不仅仅是加拿大的湖泊，科学家在美国和欧洲其他地区也发现了同样的现象。北美和欧洲北部522个偏远的湖泊和溪流有机碳的沉积，在1990-2005年间上升了2倍左右；英国22条河流中溶解有机碳的浓度平均上升了91%。



酸雨减少所导致

科学家发现，淡水“褐化”在很大程度上竟然是由于酸雨减少——一种成功的环境改善——所引起的。

说起酸雨，应该是开始于19世纪中期的工业革命，由化石燃料驱动。工业革命时期最重要的一个机器就是蒸汽机，需要锅炉来燃烧化石燃料，产生蒸汽来推动机器运转。

这些化石燃料是碳氢化合物，特别是煤，燃烧后会排放产生的二氧化硫和氮氧化物，气体在高空中被雨和雪冲刷，然后溶解在水中，雨水就变成了酸性，形成酸雨。

到了20世纪70年代，酸雨很明显会破坏树木和水生生态系统，政府开始意识到危险，并立法要求清理烟囱，随后酸雨开始减少。

但是在温带和亚北极的许多地区，酸雨中的硫沉降改变了土壤的化学性质，使它们具有“粘性”，大部分有机碳因为土壤的这种“粘性”，都乖乖呆在土壤原地，并没有跑到周围的河流和湖泊中。酸雨减少后，由于土壤硫含量下降，土壤“粘性”因此下降，开始“粘”不住有机碳了。

气候变化对这一现象也有影响。由于现在的大气拥有了更多的二氧化碳，导致气候变暖，雨水变多，植物也有更长的生长季节，因此植被生长加快，生长量上升。可以想象，当植被生长加快，那么枯死的植物也会增多，其背后可能就是过量的有机碳被冲到了河流和湖泊里。

鱼类生存受害

全球淡水越来越严重的褐化不是一件好事。

科学家调查了挪威168个湖泊，发现当地湖里有一种鱼儿——河鳟数量与水中溶解有机碳含量有关。在最初有机碳含量上升时，河鳟数量也随之增加；但是如果溶解有机碳继续上升，将导致河鳟的数量持续下降。

那为什么刚开始的时候河鳟的数量会增加呢？科学家认为可能是这个原因：有机碳能阻挡紫外线，为河鳟防晒了。此外，当有机碳流入水道，它往往还带来其他“同伴”：磷和氮，而这两种物质是食物链的底部生物生长的关键营养素。

然而，当水变成深棕色，说明水中溶解有机碳的含量就达到了一个临界点。如果水足够深的话，临界点的有机碳可以阻挡阳光到达水底，水底部的藻类和自由漂浮的浮游生物就无法获得阳光，没有阳光就意味着没有光合作用，食物网就失去了底层的食物来源。

水的混浊还会导致另一个问题：缩小了顶层湖水的深度。而顶层湖水温暖且富有氧气，是鱼类的主要栖息地，是生命最繁荣的地带。

因此，水体严重褐化，会使浮游植物无法光合作用，不能生长，也不能制造氧气。这样下去，鱼类食物变少，还要加上栖息地面积减少，这对鱼类等生物来说是一个双重打击，水体可能就不再适合鱼的生存了。

水费会变得昂贵？

水生生物栖息地的减少并不是水褐化的唯一后果。不透光的水会导致浮游植物死亡，无需光合作用的水生细菌开始主导水体，水生细菌会在溶解有机碳的盛宴上“贪婪吞食”，而后生产废物二氧化碳，二氧化碳进入大气层，最终可以促进全球变暖。换言之，气候变化似乎会使水体褐化、再褐化，而褐化反过来又会刺激气候变化。

但这还不是全部。众所周知，淡水是人类的饮用水来源，而上升的溶解有机碳含量将提高了安全饮用水的成本。

你知道为什么水龙头出来的自来水通常有一种稍微刺鼻的味道吗？那是因为自然界的水天然含有各种细菌，再经过管道系统传送到家家户户，如果不进行灭菌处理的话，就成了“细菌培养液”。自来水工厂在把自来水送到千家万户之前，都要进行灭菌处理，这时候就用到了氯气或者二氧化氯，稍微刺鼻的味道就是氯衍生物的气味。

除了灭菌消毒，氯还有一种功能，即和水中的溶解有机碳反应，但是这个反应会遗留下有毒的副产物。为了阻止有毒物质的产生，人们需要在水中加入其它两种物质——硫酸铁和硫酸铝，迫使有机碳聚集在一起，沉降到水底。这样处理之后的表层水就安全了。

如果淡水褐变现象加剧，可想而知，淡水将需要更多的处理剂，那么成本会增加，或许导致你家里的水费将会变得昂贵。

“临界点”在哪里？

将正面影响转换到负面影响的溶解有机碳浓度“临界点”在那里呢？科学家们认为每个湖泊河流生态系统的“临界点”可能是不同的，因为他们发现相比于深水湖泊，浅水湖泊的溶解有机碳“临界点”浓度高，但具体是多少还不能获知，还有待科学家的进一步研究。

我们已经知道，溶解有机碳的负面后果将可能是水生生态系统被破坏，水处理的成本将增加，甚至可能加速全球变暖。那么，我们能做些什么？也许你会说，既然是酸雨的减少是根本原因，那么我们人工增加酸雨量能不能减少水体褐化呢？这当然不行，这是顾此失彼的事情。也有人认为，我们要减少渔业捕捞的数量，避免上层水体的鱼类数量崩溃。

无论要采取什么措施，所有科学家都一致认为，人类需要更密切地关注淡水褐化现象。如果这种现象继续下去，那可不仅仅是湖泊和河流颜色变化的故事，而是涉及到地球生物生存的大事件。

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