臺大地質(zhì)系任昊佳助理教授團隊研究成果發(fā)表《Science》
東沙珊瑚記錄21世紀人類排放氮對遠洋的影響

106年5月19日科技部許有進政務次長與本校張慶瑞副校長共同主持地質(zhì)系任昊佳助理教授團隊研究榮登《Science》成果發(fā)表會，在科技部和臺大的經(jīng)費支持下，臺大地質(zhì)科學系任昊佳助理教授帶領跨國研究團隊在「Science」雜誌上發(fā)表研究成果，首次直接證實人類活動排放的氮已經(jīng)影響到遠洋環(huán)境。這項研究首次直接觀測到人為氮排放對遠洋環(huán)境的影響，結(jié)果顯示化石燃料能源的使用（包括煤炭消耗和車輛排放）所排放的氮可以傳播到遠洋，並立刻為生物所利用。我們向自然環(huán)境中排放的氮已經(jīng)頻繁的造成陸地湖泊、河流以及沿岸海域富營養(yǎng)化，引起藻類及其他浮游生物的迅速繁殖，使水體溶解氧含量下降，造成水中生物的衰亡甚至絕跡，而該研究的結(jié)果再次警示我們：人類活動對自然環(huán)境造成的影響正在進一步擴大，我們在滿足自己欲望的同時，也正向自然環(huán)境和其它生物施加壓力。

海洋氮循環(huán)與生物的自然制約

海洋浮游植物與所有生物一樣，需要氮才能生長，雖然空氣的主要成分是氮氣，但是氮氣不能為大多數(shù)浮游植物使用，它們只能使用銨、硝酸鹽或有機氮等氮的化學形式。自然界將氮氣轉(zhuǎn)化為可供浮游植物使用的氮之過程稱為固氮作用，只有少數(shù)細菌和藍綠藻可以進行固氮作用，這使得海洋中能為生物利用的氮極其有限，從而抑制了浮游植物的生長。

人類破壞自然界氮循環(huán)平衡 可能播及遠洋

從上個世紀以來，人類活動迅速增加了固氮作用的速度。在20世紀初，F(xiàn)ritz Haber和Carl Bosch兩位諾貝爾化學獎得主的研究發(fā)現(xiàn)了可以將大氣中的氮氣轉(zhuǎn)化為生物可利用氮的工業(yè)過程，Haber-Bosch反應很快被利用於生產(chǎn)氮肥料。同時，內(nèi)燃機的使用和其他工業(yè)燃燒過程導致氧化氮（NOx）向大氣中大量釋放。由於這些人類活動，每年進入生物圈的固氮量增加了一倍以上，這些固氮大部分都沈降在臨近的陸地上，並引起陸地生態(tài)系統(tǒng)的劇烈改變。人類排放的氮也可以經(jīng)由大氣傳播到更遠的地方，電腦模擬的結(jié)果顯示，遠離大陸的海洋也會受到人類活動排放氮的影響，然而，至今沒有直接觀測證據(jù)支持這一論點，因為人為造成的固氮會因為海水的混合而稀釋，其影響也可能被海洋中固氮生物的活動抵消。

東沙珊瑚記錄人類對遠洋氮循環(huán)的影響

氮有兩個穩(wěn)定同位素：較輕的N14和較重的N15，人為排放的氮通常比自然環(huán)境中的氮含有更多N14，使用氮的穩(wěn)定同位素分析，任博士及其合作團隊試圖追蹤珊瑚中記錄的人為排放氮的信號。他們從南海北部的東沙環(huán)礁內(nèi)取得珊瑚樣品，並測量珊瑚中所含有機氮的同位素組成。東沙環(huán)礁距離最近的陸地有300公里，人為排放的氮只能通過大氣傳輸?shù)竭@裡，而其半封閉環(huán)形珊瑚礁環(huán)礁的地理環(huán)境使得科學家可以將其作為一個天然的實驗室來追蹤遠洋環(huán)境的變化。任博士的研究發(fā)現(xiàn)，自上世紀90年代末期開始，珊瑚中所含的較輕的N14同位素訊號迅速增強，其增強時間和趨勢與亞洲化石燃料燃燒（包括煤炭燃燒和車輛廢氣排放）的增加相符，而比電腦模擬結(jié)果晚幾十年，其變化的幅度表明，至2010年，人為造成的氮沈降佔該地區(qū)表層海洋年輸入氮量的五分之一。

參考閱讀

發(fā)表的論文“21st Century Rise in Anthropogenic Nitrogen Deposition on a Remote Coral Reef”出現(xiàn)在2017年5月份的Science雜誌上。

研究成果聯(lián)絡人
任昊佳助理教授
國立臺灣大學地質(zhì)科學系暨研究所
電話：(公)0233662908, 0928172624
E-mail：abbyren@ntu.edu.tw