河海交换：淡水河输出之溶解氮与北墨西哥湾的二氧化碳海气交换.PDF

河海交換： 淡水河輸出 之溶解氮 與北墨西哥灣的二氧化碳海氣交換 黃蔚人 國立中山大學 海洋科學研究所 摘要 由於陸地使用的改變，人為污染不但影響河川，也透過河 川輸出影響 近岸的生物地球 化學 。然而即使經過多年的努力， 如何在生物地球化學上定量地描述河川如何影響近岸海 洋仍有相當的努力空間。在劉康克老師以及高樹基老師的指導下，在淡水河中上游河水中 採集並分析了氮物種， 經過了一年多的實驗得到了一個結論：河川排放的總溶解氮通量和 淡水河流域中人口密度與有高度相關。 而河川輸出的氮通量到海洋中究竟會有什麼影響？ 前人研究已經可以推論出河川輸出的氮能增強近岸沖淡水中的基礎生產力，並隨後引起強 烈的二氧化碳吸收能力，但河流氮通量與陸棚二氧化碳吸收能力究竟有何關係？因緣際會 下，我在出國留學中得到了初步解答。透過研究受密西西比河控制的北墨西哥灣中的二氧 化碳系統，最終可以得到 密西西比河排出的氮通量與該河川控制的大陸棚吸收二氧化碳的 能力有正相關。 然而，上述兩個不同研究地區顯然在流量、滯留期等有相當大的不同，因 此如何建立一個世界性的通則 ，還需要更多的研究。 溫馨感言 劉康克教授不僅是我的老師，他在我人生轉折處的身影更 令我感恩與懷念。感謝老師 在我念碩士兩年中幫我在海洋化學的碳化學 上打下紮實基礎。退伍後，正在人生路口徬徨 時，老師 適時提供了我一個跟學術界仍有關係的兼職助理，這不但讓我還能保有出國留學 的夢想，還從老師身上學到更多知識、經驗與技能，最後這一切都成了 出國留學最大的後 盾 。此外，老師的身教讓我瞭解如何 平衡在學術上的嚴謹與生活上的輕鬆 ，例如在去年 Ocean Sciences Meeting ，老師在會場中給我寶貴的建議 ，在會後帶我去海邊游泳，卻沒 想到這是最後一次見面。老師不但在學問上啟發了我，在教學上的精神跟態度，依然時常 在我腦中浮現，特別對一個初任老師不久的我來說，時常在想若是老師他會怎麼做。感謝 老師傳授的精神 ，將會秉持著劉老師的精神 繼續走下去。 前言 河 流與海洋之間的交換過程是全球生物地球化學循環中重要的一環。受到環境變遷以 及 陸地使用改變的影響 ，河流中的 無機氮的濃度在工業革命後就持續上升(Galloway and Cowling, 2002) 。而這些無機氮的來源主要來自農業施肥、家庭廢水、或是畜牧 等來源。 這些來源的組成在不同的流域中有不同的 比例。台灣的 人口密度在世界排行中名列前茅 ， 尤其在台灣淡水河流域中特別密集。相較之下， 北美洲第一大河密西西比河 流域中 主要為 農業區，河水中硝酸鹽濃度在工業革命後持續上升。儘管近年 密西西比河水中硝酸鹽濃度 並未明顯地 持續增加，但仍維持相當高的濃度。 二氧化碳是重要的溫室氣體，也是造 成海洋酸化的主要因子。然而在河流、海灣與 大陸棚中二氧化碳的海氣交換通量一直到最近才有更多的瞭解(Bauer et al., 2013) 。這 主要是因為河流與大陸棚之間的交換機制受到多重因子影響，包括物理作用、生物作用以 及海氣交換。尤其是河流受到人為污染，排放了過多的無機氮隨著沖淡水進入大 陸棚。在 密西西比河流域主控的北墨西哥灣中，河流輸出的會造成增強的基礎生產力以及表水優氧 化 (Lohrenz et al., 2008) 。水中的無機碳因此被生物吸收並引起未飽和的二氧化碳分 壓，使該區域成為大氣二氧化碳的匯。同時，表水優氧化也引起夏季時底水的貧氧現象 (Bianchi et al., 2010; Rabalais et al., 2002) 。因此， 密西西比河中的溶解氮通量 可以作為預測北墨西哥灣中貧氧區面積的重要指標 (Feng et al., 2012) 。河川同時也帶 來大量的沈積物，這些有機物質也將在沖淡水中 分解並釋出二氧化碳。綜上，由於河口至 海灣間複雜的生物地球化學作用以及物理作用 (Rabalais et al., 2010) ，即使我們知道 了河流帶來的氮能增強大陸棚表水基礎生產力，但河川帶來的氮通量對於大陸棚的海氣二 氧化碳交換通量的影響為何仍不清楚。 本文將分兩部分來瞭解河海交換在生地化循環上的重要性 ，第一部份將以受劉老師 指導的碩士論文開始 ，從台灣出發，瞭解