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 全球氣候變遷對河流生態系統的長期衝擊，特別聚焦於「全球河流系統的持續性脫氧（Deoxygenation）現象及其對淡水生物多樣性的威脅」

 

 

圖靈學院編輯部
2025-5-25

 

導言：被忽視的「淡水窒息危機」

 

    當我們談論全球氣候變遷時，大眾的目光往往聚焦於海平面上升、北極冰層融化，或是日益頻繁的陸地荒漠化。然而，一場寂靜且致命的危機，正在地表上那縱橫交錯、被譽為「地球血管」的河流系統中悄然蔓延。

 

    國際頂尖權威學術期刊《科學進展》（Science Advances）發表了一項顛覆性的全球河流研究報告。由中國科學院南京地理與湖泊研究所等國際科研團隊發表的論文《氣候暖化下全球流動水體的持續脫氧現象》（Sustained deoxygenation in global flowing waters under climate warming），揭示了一個令人震驚的科學事實：全球有接近八成的河流正在面臨嚴重的「缺氧」危機，而熱帶地區的河流更是這場生態風暴的暴風眼。這項研究利用了超過 340 萬次的 Landsat 衛星觀測數據與先進的機器學習技術，追蹤並重建了 1985 年至 2023 年間，全球 21,439 個河流河段的溶解氧（Dissolved Oxygen, DO）濃度變化。這不僅是人類歷史上首次針對全球流動水體進行的無偏誤（unbiased）大規模溶解氧定量評估，更為氣候變遷下的淡水生態圈敲響了最沉重的警鐘。

 

科學數據揭密：全球河流每十年少掉多少氧氣？

 

    溶解氧是衡量水質與水生生態系統健康程度的核心指標。如同人類需要呼吸空氣中的氧氣，魚類、蝦蟹、水生昆蟲以及微小的底棲生物，全都仰賴溶解在水中的氧氣來維持生命。根據研究團隊的數據模型顯示，在過去近四十年間，全球河流的溶解氧濃度正以平均每十年每公升 0.045 毫克（-0.045 mg L⁻¹ decade⁻¹）的速度遞減。更令人擔憂的是，在其評估的所有河流系統中，高達 78.8% 的河流都表現出顯著的脫氧（Deoxygenation）趨勢。這意味著「河流缺氧」並非特定區域的污染偶發事件，而是一場蔓延全球、系統性的環境浩劫。

顛覆傳統認知！「熱帶河流」取代極地成為最慘重災區

 

    過去的環境科學界普遍認為，高緯度（如北極圈或亞寒帶）地區因為承受了更劇烈的氣候變遷放大效應（Polar Amplification），其河流生態應該是最脆弱、脫氧最嚴重的區域。然而，這項最新研究徹底顛覆了這項傳統認知。數據顯示，全球最劇烈、最致命的河流脫氧現象，正發生在南緯 20 度到北緯 20 度之間的「熱帶河流」（例如印度及東南亞的部分重要水系）。熱帶河流之所以淪為最慘重災區，主因在於其原本的「先天條件」與「後天夾擊」：

 

1. 先天的低氧環境： 熱帶地區常年高溫，依據物理學特性，水溫越高，氣體溶解度越低。因此，熱帶河流原本的背景溶解氧基數就已經偏低。

2. 更快速的流失速度： 研究發現，熱帶河流不僅原本含氧量低，其脫氧的速度甚至比其他緯度更快。

3. 生態耐受臨界點： 當原本就處於低氧邊緣的水體遭遇加速脫氧，會極其輕易地跌破「低氧（Hypoxia）臨界點」。一旦觸發集體缺氧事件，將直接導致魚類大量死亡、水質惡化，進而引發淡水生物多樣性的「雪崩式連鎖反應」。

 

是誰偷走了水裡的氧氣？三大核心幕後黑手

 

    這份研究透過精密的歸因分析，找出了導致全球河流集體窒息的三大關鍵驅動因素：

 

1. 致命的主因：溫度升高與溶解度下降（佔 62.7%）

 

    研究團隊指出，高達 62.7% 的河流脫氧現象，必須直接歸咎於氣候暖化所導致的水體物理性質改變。隨著全球氣溫攀升，河水溫度也同步上揚。物理定律決定了溫水能容納的氧氣遠低於冷水。這種由氣候驅動的氣體溶解度下降，是偷走河流氧氣的最大幕後黑手。此外，約 12% 的氧氣流失與「生態系統代謝」改變有關，水溫變高會加速水中有機物的分解與微生物呼吸作用，從而消耗更多氧氣。

 

2. 短期極端天氣：熱浪的「加速劑」效應（佔 22.7%）

 

    近年來全球各地頻發的極端高溫與熱浪事件，對河流而言不啻為一場場急性內傷。研究顯示，短期熱浪事件對全球河流脫氧的貢獻率高達 22.7%。在熱浪肆虐期間，河流的脫氧速率比氣候平均溫度下足足增加了每十年每公升 0.01 毫克。這意味著，未來隨著極端熱浪變得更頻繁、更漫長，河流爆發急性集體窒息事件的頻率將會大幅飆升。

 

3. 人類工程的干預：大壩與水利設施的雙面刃

 

    除了自然與氣候因素，人類的大型水利工程也對河流含氧量產生了不可忽視的物理干預。研究特別量化了「水庫攔蓄（Dam Impoundment）」與「河流流量模式」對脫氧的影響。結果發現，水庫的深淺對含氧量的影響呈現兩極化：大壩在「淺型水庫」中會阻斷水流、加劇太陽輻射蓄熱，進而加速脫氧；但在某些「深型水庫」中，由於底層冷水與上層熱水的分層效應，有時反而能局部減緩下游的脫氧速率。同時，極端流量（極低流量或極高流量）也會微幅改變脫氧速率（例如低流量條件下，因流速減緩與特定物理機制，脫氧率比常態低了 18.6%），這凸顯了水資源管理在防範缺氧危機中的複雜角色。

 

展望21世紀：如果我們什麼都不做，未來會如何？

 

    為了評估這場危機的未來走向，科研團隊結合了聯合國跨政府氣候變化專門委員會（IPCC）的第六次評估報告情境，對 21 世紀餘下時期的全球河流溶解氧進行了前瞻性預測：

• 在低碳、永續發展情境（SSP1-2.6）下： 到了本世紀末，全球河流的溶解氧濃度預計仍將下降 1.1% ± 1.6%。
• 在高碳、化石燃料大量消耗情境（SSP5-8.5）下： 情況將徹底失控，全球河流溶解氧濃度預計將暴跌 4.7% ± 2.7%。
• 這發現表示，如果人類無法有效遏制溫室氣體排放，到了 21 世紀末，地球上的許多河流將可能演變成無法孕育生命的高溫「死水區」。

 

結論與行動：保護河流的「最後一條生命線」

 

    中國科學院南京地理與湖泊研究所的研究員施坤（Shi Kun，音譯）在接受媒體採訪時沉重地表示：「隨著氣候暖化的持續，守護全球河流的『呼吸』，恐將成為我們這個時代最嚴峻的環境挑戰之一。」

 

    此項研究，不僅為全球流動水體生態系統建立了一個前所未有的科學無偏誤基準線，更揭示了環境治理的急迫性。面對已經發生且不可逆轉的溶解氧流失，國際社會與各國政府必須立即採取針對性的精準減緩措施。

 

    這不僅僅關乎於保護幾種珍稀魚類或維持水質乾淨，更是關乎依賴這些河流提供飲水、灌溉、漁業與生態調節功能的數十億人類。當全球近八成的河流都在向人類發出「窒息」的求救訊號時，留給我們減碳與拯救淡水生態的時間，真的已經所剩無幾。

 

 

資考資料
1.SciTechDaily: Climate Change Is Quietly Choking Rivers Across the Planet.

2.Science Advances:Sustained deoxygenation in global flowing waters under climate warming.