何去何從？從氣候變遷看海洋生物的未來
97/11/10
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戴昌鳳｜
臺灣大學海洋研究所教授
張志玲｜
《科學發展》特約文字編輯（文字整理）
瑞秋卡森（Rachel Carson）是全球環保運動的先驅，她在 1962 年寫的《寂靜的春天》（Silent Spring），引起美國國會和世界各地的熱烈回響。當時掀起的環保運動一直延續到現在，她因而被美國《時代》雜誌評為20世紀影響人類歷史的重要人物之一。
瑞秋其實是一位海洋生物學者，她在《海之濱》、《在海風下》提到：「各種生物，從最小的到最大的，生死大權全操在海洋手中。」海洋是地球上所有生命的母親，從最小的生物如細菌、病毒，到最大的生物，如體長超過 30 公尺，體重可以達 200 公噸，心臟像一部汽車那麼大，動脈血管可以讓小朋友爬過去的藍鯨，牠們都生活在海洋中。
海洋在全球氣候的調節和穩定上扮演非常重要的角色，因為有海洋調節氣候，地球才適合生物生存。洋流是平衡與傳送地球熱量的重要動力，而大洋輸送帶更與全球氣候平衡有相當重要的關係。根據聯合國跨政府氣候變遷專門委員會（Intergovermental Panel on Climate Change, IPCC）的報告：全球氣候逐漸暖化，海平面上升，北半球冰的覆蓋緩慢減少。許多證據都顯示，氣候變遷已成事實。面對劇烈的氣候變遷，海洋生物該何去何從呢？
不能遷徙就須改變
氣候變遷在海洋中造成的問題與二氧化碳有關。陸地上的二氧化碳增加，水中的二氧化碳也增加，海水越來越酸，使得珊瑚、貝類、九孔蟲等的鈣化作用降低，因而不利珊瑚礁的形成，也不利其他具有鈣質骨骼的生物生存。溫室效應使得海平面上升，海平面上升會對沿岸生物和淺海生態系產生各種衝擊。
此外，氣候變遷使得颱風頻率及強度增加，暴雨增加，天然災害更頻繁。氣候變遷也可能導致沙塵暴增加，造成光度降低，甚至把陸上病菌帶到海洋，引起海洋生物病變。十餘年前加勒比海的珊瑚深受疾病蔓延危害，科學家經過長期研究才發現，原來是撒哈拉沙漠的沙塵暴使得病原飄過大西洋，一直飄到加勒比海沉降後所引起的。
海洋生物可分為浮游生物、游泳生物及底棲生物 3 大類，牠們因應氣候變遷的對策可分為兩種：一是原地不動忍受它；一是遷徙逃避。浮游生物的游泳能力有限，無法抵抗水流，但是世代短，可透過基因改變而演化存活下來。游泳生物的移動能力強，遇到環境變遷可以遷移到適合生活的地方。底棲生物住在海底，大部分無法移動或移動能力有限，主要靠釋放幼苗隨水漂流的方式移動，這類生物在環境變遷時最敏感，也最容易受傷害。
綜合而言，海洋生物遇到氣候變遷時可能會產生一些改變。上一代遇到溫度升高，耐溫的存活下來，不耐溫的被淘汰；經由基因改變，下一代忍受高溫的能力可能提升一些。至於基因改變速度是否跟得上環境改變速度，就與生物本身的世代長短有關。有些生物幾小時一個世代，如浮游植物一天完成兩個世代，改變很快；有些生物世代很長，如珊瑚可以活幾百歲，所以適應能力比較差；有些小魚的生命只有幾年，或許仍能演化出新的適應機制，但是氣候變遷速度太快時，也可能來不及產生遺傳上的改變來應付環境變遷。
預估 2048 年無魚可捕
所謂海洋的基礎生產力是指：浮游植物行光合作用時，會把無機的二氧化碳固定下來變成碳水化合物，然後傳給浮游動物、小魚、大魚、海洋哺乳動物利用，也就是在海洋食物鏈中傳遞。而海洋生產力的高低受到海水營養鹽濃度的影響。
在一般情況下，海中營養鹽會慢慢下沉，形成海底營養鹽豐富，而海面營養鹽不足或貧乏的情況。颱風來襲時，會把深處的營養鹽經由攪動帶上來，海洋生產力就會提高。如果有湧升流把深處的營養鹽不斷的送到海洋表層，也能提高海洋生產力。由於溫帶海域的季節變動明顯，所以海洋的生產力也會有明顯的律動，如春秋季的海水混合良好，生產力就比較高。
許多科學研究結果顯示，氣候變遷導致海表水溫升高，因而導致海洋基礎生產力降低。因為海洋基礎生產力（葉綠素甲含量）與浮游動物的生物量成正比，浮游動物的生物量與定棲性魚類的產量成正比，所以全球氣候暖化到最後會導致海洋漁產量降低。
不過，海表水溫升高並不是造成海洋資源枯竭的最主要原因。2006 年底，一項國際性的重要研究指出，全世界大約有三分之一的魚類族群處於枯竭狀態，而且枯竭速度仍在加快中。倘若按照這個趨勢發展下去，預估到 2048 年，海洋就幾乎無魚可捕。其原因除氣候變遷影響外，最重要的是人類過度捕撈、海洋污染，以及海洋生態遭受破壞所造成的環環相扣效應。
氣候暖化衝擊漁獲量
根據海洋大學李國添教授及其團隊的研究，臺灣近海漁業資源已呈枯竭狀態，除漁民的過度捕撈外，污染與氣候變遷也是原因。由於氣候變遷直接反應在海況與海表水溫上，因而影響漁業資源的分布。
以臺灣西部重要漁產烏魚為例，每年冬至前後，烏魚順著中國大陸沿岸流遷徒，從江浙沿海一帶南下到臺灣海峽產卵。烏魚最喜歡聚集的水溫是攝氏 20 ~ 24 度，也就是冷暖水團交界處，我國漁民在臺灣海峽捕魚，收穫豐盛，便把烏魚稱為「烏金」。不過如果水溫升高，烏魚可能就不來了。現在每年游到臺灣海峽的烏魚數量一直在減少，氣候變遷是原因之一。
氣候變遷對生活在大洋中的魚類也有顯著影響。依據台灣海洋大學呂學榮教授對正鰹、黃鰭鮪、大目鮪、長鰭鮪的研究，正鰹喜歡攝氏 29 度以上的高溫，黃鰭鮪喜歡攝氏 21 度的水溫，大目鮪、長鰭鮪適合攝氏 17 度的水溫。牠們在太平洋熱帶海域的分布，會隨著恩索現象（El Nino- Southern Oscillation, ENSO）而做大規模的東西向遷移。從漁獲價格看，正鰹價格最低，黃鰭鮪價格不好，大目鮪、長鰭鮪價格較佳。
由於氣候暖化會改變水溫分布，使得漁場也跟著改變，造成正鰹產量增多，黃鰭鮪次之，大目鮪及長鰭鮪減少的情況，也就是說，氣候暖化會對漁民的收入造成衝擊。
沿海濕地是無價之寶
沿岸和淺海生態系，如紅樹林、海草床、珊瑚礁等都是極重要的生態系，在海洋生態平衡或海洋資源維繫上扮演著非常重要的角色。這些生態系擁有高生產力，提供豐富食物和安全棲所給許多海洋生物利用，海洋生物在那裡產卵、孵育，等到長成之後再回到大海。
根據 1997 年一位生態學者在《自然》期刊上發表的「沿岸生態系的價值」統計資料，整個大陸棚累加起來，每年對人類的生態服務價值高達 12 兆 5,680 億美元。由於河口灣、海草床、濕地和沿岸平原是人口聚集的地方，所以生態價值很高。而珊瑚礁區比較少人居住，但是它的生物多樣性和生產力都很高。就整體來說，珊瑚礁也是價值很高的生態系。
臺灣西部的海岸濕地，北部從淡水河口到苗栗後龍一帶有幾處紅樹林分布；中部如大甲溪、大肚溪、大安溪等河口大都是草澤濕地；南部海岸自嘉義以南的很多區段都有紅樹林分布。這些濕地都是珍貴的生態系，它們就像大地的腎臟，陸地上的污染物在這裡聚集、分解後，再輸送到大海，供給其他生物利用。另就生物多樣性來說，濕地也非常重要。紅樹林或草澤具有很高的生產力，可以孕育很多底棲生物及魚類，並可吸引許多候鳥或涉水鳥在這裡覓食，構成極豐富的生態系。
共生藻與珊瑚緊密相依
珊瑚礁可說是海洋中生物多樣性最高、生產力很高、生物量非常豐富的生態系，許多魚類在礁區覓食和繁衍，其中不少種類具有經濟價值，除此而外，珊瑚礁的美麗景觀能吸引許多遊客，觀光遊憩價值也非常高。可是在氣候變遷的威脅下，珊瑚礁正面臨重大危機。
1992 年在巴西召開的第１屆地球高峰會指出：珊瑚礁是海洋的熱帶雨林，它和陸地的熱帶雨林是地球上兩處非常重要但又受到嚴重威脅的生態系，因而亟需保護。在此之後，聯合國教科文組織積極推動珊瑚礁保護活動，更把 1997 年訂為國際珊瑚礁年，全世界保護珊瑚礁活動熱烈展開。雖然那年的成果豐碩，但是 1998 年的全球海表水溫升高導致珊瑚大白化事件，仍顯現出珊瑚礁的岌岌可危。
珊瑚對水溫升高最直接的反應就是白化，其實珊瑚白化並不代表死亡，而是珊瑚失去了共生藻而變白。在正常情況下，造礁珊瑚有非常高密度的共生藻分布在珊瑚細胞內。共生藻使得珊瑚呈現各種色彩，它是植物性細胞，可行光合作用，會把珊瑚代謝產生的二氧化碳變成有用的碳水化合物，然後再傳給珊瑚利用，珊瑚中大約 70 ~ 98％ 的能量來自共生藻。
倘若沒有共生藻，代表珊瑚正處於衰弱狀態，許多珊瑚幾乎活不下去，不過有些珊瑚仍可殘喘一段時間，如果環境沒有改善，珊瑚體很快就會被細菌入侵，或被絲狀藻吃掉而死亡。
現在努力還有機會
美國政府海洋大氣總署發展出一個量化高溫造成珊瑚白化危機程度的指標 DHW（degree heating week），計算公式是：（水溫－臨界值）×周數。如果得到的數值在 1 以下，基本上沒有問題；如果是 1 ~ 4，表示珊瑚礁可能白化，這是警訊；如果是 4 ~ 8，表示珊瑚礁會面臨嚴重白化而死亡；超過 8 以後，珊瑚幾乎無法存活。
蒐集世界各地珊瑚白化與水溫資料並經分析後發現，DHW 的臨界值與緯度成反比關係。依據這個關係，可以求得臺灣周圍海域珊瑚白化的閾值，再依據這些閾值預測氣候變遷對臺灣海域珊瑚的影響。
澳洲學者根據聯合國跨政府氣候變遷專門委員會對未來氣溫和水溫的預測值，經由生態模擬得到結果，並在 2007 年初發布警訊：超過三、四萬平方公里的澳洲大堡礁，可能在 2030 年會出現嚴重白化現象，進而瀕臨滅絕危機。其實臺灣海域珊瑚的情況也不太妙，在氣候變遷的衝擊下，預估墾丁珊瑚在 2050 年會面臨嚴重白化，不過，如果能控制二氧化碳的排放，降低溫室效應，應可延後到 2070 年或 2080 年才會面臨比較嚴重的白化危機。
換個方式說，若是全球氣候變遷趨勢持續下去，珊瑚白化及死亡的命運可能無法避免。但是若能延緩 20 ~ 30 年發生，或許可以給生物一些機會，讓它們有時間適應，或以其他方法面對環境變遷。
建立珊瑚礁預警系統
面對氣候變遷的衝擊，現在可以做的短期目標是：建立珊瑚礁早期預警系統，以便在珊瑚白化危機快要發生之前發布警訊並採取必要措施，如關閉海水浴場、停止海域活動等，就可以讓珊瑚礁生物有喘息機會。這是因為珊瑚礁面臨的壓力中有三分之二來自人類，若能減輕或解除這些壓力，對它的存活機會有很大幫助，也能減輕氣候變遷對它的影響。
美國海洋大氣總署希望 2010 年時在世界各地建立珊瑚礁預警監測站。在每一個地方設立海洋與氣象資料蒐集站，把蒐集到的資料透過衛星傳送，經由電腦系統運算分析，把預警資訊發送給環保單位或國家公園管理處、珊瑚礁使用者及研究人員以採取應變措施，好留給珊瑚一個喘息機會，同時還要推廣珊瑚礁知識與教育。
這套系統臺灣也能採用，因為我國已有衛星、太空實驗室和高速電腦中心。現在只要在珊瑚礁上架設海象及氣象資料監測站，就可對珊瑚礁保育做出具體貢獻，不但能與國際資訊交換結合，也可與全世界的保護珊瑚礁活動連結。
保護海洋資源的中長期目標則是設立海洋保護區，地球高峰會建議世界各國在 2010 年時，把全世界 22％ 海域劃為海洋保護區。臺灣現有的海洋保護區不到 1％，加上東沙環礁海洋國家公園也不到 2％，顯然未來還有漫長的路要走。
降低二氧化碳排放人人有責
海洋是生命的母親，沒有海洋，生命無法出現，人類無法生存。如果沒有人類，海洋更欣欣向榮，不會像現在飽受污染及折磨。未來海洋變好或變壞，資源稀少或豐盛，就看我們抱持何種態度。如果我們善待海洋，對海洋生物抱持慈悲而不是貪婪的態度，並採取適當作為，海洋資源仍有機會永續。
保護海洋和保護地球每個人都做得到，例如從現在起把冷氣關小一點、電燈關小一點、少開車多走路多搭乘公共交通工具、多做資源回收、降低二氧化碳排放 …… 即可減緩氣候變遷衝擊。如果每個人都這麼做，地球環境會變好，生物就能保存下來。
本文取材自國科會「2007 春季『展望』系列演講第四場」臺灣大學海洋研究所戴昌鳳教授的演講內容。
