全球淡水為何「褐化」？
「褐化」的秘密
加拿大多倫多的安大略湖是北美洲五大淡水湖之一，屬於世界最大的淡水湖群。如果你從湖裡取出一公升的水裝在白色透明的塑料瓶，就會發現這些水的顏色是棕色的或淡茶色的。
按理說環境良好的湖水應該澄清透明才對，可是湖水好像「褐化」了，為什麼水會變這褐色呢？
顏色的奧秘在於湖水中溶解的一種有機物——溶解有機碳，水體呈現褐色正是它的功勞。對於在水中的魚兒蝦兒等生物來說，這樣的水就好像具有防晒的功能，因為溶解有機碳能阻擋紫外線。不僅如此，這樣渾濁的棕色水還是生物們的基本食物樂園。
那麼，水中的溶解有機碳是從哪裡來的？
當陸地上枯死的植物被分解後，有機碳回到周圍的土壤，然後自然地滲入「水路」達到水體，變成溶解有機碳。
但近年來，這個過程已經開始加速，安大略湖中的溶解有機碳在最近十幾年中一直處於穩步上升的狀態。而且，不僅僅是加拿大的湖泊，科學家在美國和歐洲其他地區也發現了同樣的現象。北美和歐洲北部522個偏遠的湖泊和溪流有機碳的沉積，在1990-2005年間上升了2倍左右；英國22條河流中溶解有機碳的濃度平均上升了91%。
酸雨減少所導致
科學家發現，淡水「褐化」在很大程度上竟然是由於酸雨減少——一種成功的環境改善——所引起的。
說起酸雨，應該是開始於19世紀中期的工業革命，由化石燃料驅動。工業革命時期最重要的一個機器就是蒸汽機，需要鍋爐來燃燒化石燃料，產生蒸汽來推動機器運轉。
這些化石燃料是碳氫化合物，特別是煤，燃燒後會排放產生的二氧化硫和氮氧化物，氣體在高空中被雨和雪沖刷，然後溶解在水中，雨水就變成了酸性，形成酸雨。
到了20世紀70年代，酸雨很明顯會破壞樹木和水生生態系統，政府開始意識到危險，並立法要求清理煙囪，隨後酸雨開始減少。
但是在溫帶和亞北極的許多地區，酸雨中的硫沉降改變了土壤的化學性質，使它們具有「粘性」，大部分有機碳因為土壤的這種「粘性」，都乖乖呆在土壤原地，並沒有跑到周圍的河流和湖泊中。酸雨減少後，由於土壤硫含量下降，土壤「粘性」因此下降，開始「粘」不住有機碳了。
氣候變化對這一現象也有影響。由於現在的大氣擁有了更多的二氧化碳，導致氣候變暖，雨水變多，植物也有更長的生長季節，因此植被生長加快，生長量上升。可以想像，當植被生長加快，那麼枯死的植物也會增多，其背後可能就是過量的有機碳被衝到了河流和湖泊里。
魚類生存受害
全球淡水越來越嚴重的褐化不是一件好事。
科學家調查了挪威168個湖泊，發現當地湖裡有一種魚兒——河鱒數量與水中溶解有機碳含量有關。在最初有機碳含量上升時，河鱒數量也隨之增加；但是如果溶解有機碳繼續上升，將導致河鱒的數量持續下降。
那為什麼剛開始的時候河鱒的數量會增加呢？科學家認為可能是這個原因：有機碳能阻擋紫外線，為河鱒防晒了。此外，當有機碳流入水道，它往往還帶來其他「同伴」：磷和氮，而這兩種物質是食物鏈的底部生物生長的關鍵營養素。
然而，當水變成深棕色，說明水中溶解有機碳的含量就達到了一個臨界點。如果水足夠深的話，臨界點的有機碳可以阻擋陽光到達水底，水底部的藻類和自由漂浮的浮游生物就無法獲得陽光，沒有陽光就意味著沒有光合作用，食物網就失去了底層的食物來源。
水的混濁還會導致另一個問題：縮小了頂層湖水的深度。而頂層湖水溫暖且富有氧氣，是魚類的主要棲息地，是生命最繁榮的地帶。
因此，水體嚴重褐化，會使浮游植物無法光合作用，不能生長，也不能製造氧氣。這樣下去，魚類食物變少，還要加上棲息地面積減少，這對魚類等生物來說是一個雙重打擊，水體可能就不再適合魚的生存了。
水費會變得昂貴？
水生生物棲息地的減少並不是水褐化的唯一後果。不透光的水會導致浮游植物死亡，無需光合作用的水生細菌開始主導水體，水生細菌會在溶解有機碳的盛宴上「貪婪吞食」，而後生產廢物二氧化碳，二氧化碳進入大氣層，最終可以促進全球變暖。換言之，氣候變化似乎會使水體褐化、再褐化，而褐化反過來又會刺激氣候變化。
但這還不是全部。眾所周知，淡水是人類的飲用水來源，而上升的溶解有機碳含量將提高了安全飲用水的成本。
你知道為什麼水龍頭出來的自來水通常有一種稍微刺鼻的味道嗎？那是因為自然界的水天然含有各種細菌，再經過管道系統傳送到家家戶戶，如果不進行滅菌處理的話，就成了「細菌培養液」。自來水工廠在把自來水送到千家萬戶之前，都要進行滅菌處理，這時候就用到了氯氣或者二氧化氯，稍微刺鼻的味道就是氯衍生物的氣味。
除了滅菌消毒，氯還有一種功能，即和水中的溶解有機碳反應，但是這個反應會遺留下有毒的副產物。為了阻止有毒物質的產生，人們需要在水中加入其它兩種物質——硫酸鐵和硫酸鋁，迫使有機碳聚集在一起，沉降到水底。這樣處理之後的表層水就安全了。
如果淡水褐變現象加劇，可想而知，淡水將需要更多的處理劑，那麼成本會增加，或許導致你家裡的水費將會變得昂貴。
「臨界點」在哪裡？
將正面影響轉換到負面影響的溶解有機碳濃度「臨界點」在那裡呢？科學家們認為每個湖泊河流生態系統的「臨界點」可能是不同的，因為他們發現相比於深水湖泊，淺水湖泊的溶解有機碳「臨界點」濃度高，但具體是多少還不能獲知，還有待科學家的進一步研究。
我們已經知道，溶解有機碳的負面後果將可能是水生生態系統被破壞，水處理的成本將增加，甚至可能加速全球變暖。那麼，我們能做些什麼？也許你會說，既然是酸雨的減少是根本原因，那麼我們人工增加酸雨量能不能減少水體褐化呢？這當然不行，這是顧此失彼的事情。也有人認為，我們要減少漁業捕撈的數量，避免上層水體的魚類數量崩潰。
無論要採取什麼措施，所有科學家都一致認為，人類需要更密切地關注淡水褐化現象。如果這種現象繼續下去，那可不僅僅是湖泊和河流顏色變化的故事，而是涉及到地球生物生存的大事件。
（本文源自大科技*科學之謎 2016年第4期文章重點文章）
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