环境噪音可监测海洋酸化风险

海洋是个嘈杂的地方：轮船螺旋桨声、鲸歌等低频声音回荡，海豚的哨声、虾螯的啪嗒声等高频声音交织，而在这些频率之间，还有风浪雨搅动海面产生的海水自身的翻腾声。研究人员如今利用这种环境噪声来探测海洋酸度的上升。这项上周发表在《地球物理研究杂志：海洋》上的声学技术，或许能让人们更轻松地在广阔海域测量这一关键的海洋健康参数，而非依赖定点测量。

俄勒冈州立大学的声学海洋学家安多恩·莱弗里评价道：“这是个非常酷的想法，而且他们已经证明了其可行性。”

导致全球变暖的碳排放也会使海水酸化。海洋自然会吸收约三分之一的年度二氧化碳排放；当这种气体溶解并发生反应时，会生成碳酸氢盐和氢离子。氢离子会降低海水的pH值，加剧海洋酸化，这可能会伤害海洋生物并减缓未来的碳吸收。对海洋浅水区的船载测量发现，自1985年以来，pH值已从8.11降至8.04。

然而，海洋水体是分层的，某一深度的测量结果可能并不适用于其他深度。在数千个在海洋中巡逻、最深可下潜至2000米的阿尔戈机器人浮标上加装pH传感器，是获取更全面酸化情况的一种方法。但达尔豪斯大学的声学海洋学家大卫·巴克利及其合著者找到了一种利用声音的固有物理特性来测量更大深度范围内平均pH值的方法。

这项研究始于2009年，当时巴克利在美国海军的资助下，率领团队前往菲律宾海测试一种名为“深海之声”的新型声学监听设备。巴克利的团队将这个仪器——两个水听器及其相关电子设备封装在强化玻璃球中——下放到5000米深处，然后开始监听。

一个直接的惊喜是，深渊并不像他们预期的那么安静。他们发现，当海面风速达到10节左右时，碎浪的声音能一直传到“深海之声”，频率约为1至10千赫兹（kHz）。巴克利知道，海洋中的两种化合物——硼酸和硫酸镁——会分别在1kHz和10kHz处抑制声音，这是因为其分子会以特定方式吸收一部分声波能量。

关键的是，酸化会减少硼酸的含量，从而减弱其对声音的衰减作用，而硫酸镁则不受影响。他们认为，通过比较这两个频率的声音，就能得出整个水体的综合pH值，这与利用地震在海洋中传播的回声来测量整体海洋热量的原理类似。

为了证实这一点，他们花了15年时间：又进行了五次船只部署，并对仪器进行了数次升级，最终使其能在关岛附近马里亚纳海沟的挑战者深渊（深度超过10000米）存活。现为海军研究生院声学物理学家的恩斯特·乌赞斯基说，这还需要大量艰苦的数学分析。“我无法形容我有多高兴，”曾怀疑他们能否捕捉到信号的乌赞斯基说，“现在这确实为大规模pH监测开辟了机会。”

并非所有人都信服。马里兰大学的化学海洋学家李青江（音译）指出，该团队并未将其测量结果与已知观测数据进行比较。“这是一个严重的缺陷。”他说。这种技术不如新型生物地球化学（BGC）阿尔戈探针的测量精确，美国将于明年年底前完成约500个此类探针的部署。蒙特雷湾水族馆研究所的化学海洋学家、BGC-Argo项目负责人肯·约翰逊说：“论文中展示的数据尚未达到我们所需的质量水平。”但他补充道，这一技术肯定有达到目标的可能，“通过一些信号处理，谁知道呢？”

至少，这种新方法可以作为BGC-Argo的备份，而BGC-Argo的未来尚不确定。几年前，霍尼韦尔公司曾停止生产浮标所用的pH传感器，直到美国前总统乔·拜登政府干预后才逆转决定。尽管美国国家科学基金会资助了第一次大规模BGC-Argo部署，但美国和其他国家都未承诺提供该项目明年之后继续运行所需的资金。约翰逊说，在某种程度上，这种声学方法“可能会成为我们的依靠”。

巴克利说，验证这项技术的下一步将是让这些仪器之一在海底一次放置数月。该仪器的低成本版本或许也有助于监测地球工程项目，这些项目旨在通过提高沿海水体的碱度来减少大气中的碳。莱弗里说，越来越多地用于感知海底声学信号的光纤电缆也有可能捕捉到这些对pH敏感的频率。“如果能建立持续测量的系统，那么它将会非常有用。”