什么是海洋酸化?

海洋酸化，简称OA，是指溶解碳的增加使海水酸化的过程。虽然海洋酸化在地质时间尺度上是自然发生的，但目前海洋酸化的速度比地球以往任何时候都要快。预计前所未有的海洋酸化速度将对海洋生物，特别是贝类和珊瑚礁产生毁灭性的后果。目前对抗海洋酸化的努力主要集中在减缓海洋酸化的速度和支持能够充分抑制海洋酸化影响的生态系统。

什么导致海洋酸化?

今天，海洋酸化的主要原因是持续的二氧化碳的释放从化石燃料的燃烧到我们的大气中。其他罪魁祸首包括沿海污染和深海甲烷渗漏。自大约200年前工业革命开始以来，当人类活动开始向地球大气中释放大量二氧化碳时，海洋表面的酸性增加了约30%。

海洋酸化的过程始于溶解的二氧化碳。和我们一样，许多水下动物通过细胞呼吸来产生能量，释放二氧化碳作为副产品。然而，今天大部分溶解到海洋中的二氧化碳来自于燃烧化石燃料导致的大气中过量的二氧化碳。

二氧化碳一旦溶解在海水中，就会经历一系列的化学变化。溶解的二氧化碳首先与水结合形成碳酸。从那里，碳酸可以分解生成独立的氢离子。这些多余的氢离子与碳酸盐离子结合形成碳酸氢盐。最终，没有足够的碳酸盐离子能够附着在通过溶解的二氧化碳进入海水的氢离子上。相反，独立的氢离子积累并降低周围海水的pH值，或增加酸度。

在非酸化条件下，海洋中的许多碳酸盐离子可以自由地与海洋中的其他离子连接，比如钙离子形成碳酸钙。对于需要碳酸盐来形成碳酸钙结构的动物，如珊瑚礁和造壳动物，海洋酸化窃取碳酸盐离子以产生碳酸氢盐的方式减少了用于基本基础设施的碳酸盐储量。

海洋酸化的影响

下面，我们将分析特定的海洋生物以及这些物种是如何受到海洋酸化的影响的。

软体动物

海洋中的造壳动物最容易受到海洋酸化的影响。许多海洋生物，如蜗牛、蛤蜊、牡蛎和其他软体动物，都有能力将溶解的碳酸钙从海水中拉出，通过一个被称为钙化的过程形成保护壳。随着人类产生的二氧化碳继续溶解到海洋中，这些造壳动物可获得的碳酸钙数量减少。当溶解的碳酸钙含量变得特别低时，这些依赖贝壳的生物的情况就会明显恶化;它们的壳开始溶解。简单地说，海洋变得如此缺乏碳酸钙，它不得不收回一些。

翼足类动物是研究最充分的海洋钙化动物之一，它是蜗牛的游泳亲戚。在海洋的某些地方，翼足类动物的数量在一平方米内可以达到1000只以上。这些动物生活在海洋中，它们在生态系统中扮演着重要的角色，是大型动物的食物来源。然而，翼足类动物的保护壳受到海洋酸化溶解作用的威胁。翼足类用来形成外壳的碳酸钙形式的文石，比其他形式的碳酸钙多约50%的可溶性或可溶性，这使得翼足类特别容易受到海洋酸化的影响。

一些软体动物装备了各种手段，在面对酸化的海洋溶解的拉力时，能够抓住它们的壳。例如，被称为腕足动物的蛤类动物已经被证明通过制造更厚的外壳来补偿海洋的溶解作用。其他造壳动物，如常见的长春花和蓝贻贝，可以调整它们用来造壳的碳酸钙的类型，使其更喜欢一种不易溶解、更坚硬的形式。对于许多无法补偿的海洋动物来说，海洋酸化预计将导致更薄、更弱的贝壳。

不幸的是，即使是这些补偿策略对拥有它们的动物来说也是有代价的。为了对抗海洋的溶解作用，同时抓住有限的碳酸钙供应，这些动物必须把更多的能量用于造壳以生存。当更多的能量用于防御时，这些动物用来执行其他基本任务的能量就会减少，比如进食和繁殖。虽然关于海洋酸化对海洋软体动物的最终影响仍有很多不确定性，但很明显，海洋酸化的影响将是毁灭性的。

螃蟹

虽然螃蟹也用碳酸钙来造壳，但海洋酸化对螃蟹鳃的影响可能是这种动物最重要的。蟹鳃对这种动物有多种功能，包括通过呼吸排出二氧化碳。当周围的海水充满了大气中多余的二氧化碳时，螃蟹就更难将它们的二氧化碳添加到混合物中。相反，螃蟹的血淋巴(螃蟹版的血液)会积聚二氧化碳，从而改变螃蟹体内的酸度。最适合调节自身体内化学物质的螃蟹有望在海洋变酸的过程中表现得最好。

珊瑚礁

石珊瑚，就像那些创造出宏伟珊瑚礁的珊瑚一样，也依赖碳酸钙来构建它们的骨架。当一个珊瑚漂白在这里，珊瑚的鲜艳色彩消失了，取而代之的是它鲜明的白色碳酸钙骨架。珊瑚建造的三维石头状结构为许多海洋动物创造了栖息地。虽然珊瑚礁只覆盖了不到0.1%的海底，但至少25%的已知海洋物种将珊瑚礁作为栖息地。珊瑚礁也是海洋动物和人类的重要食物来源。据估计，超过10亿人依靠珊瑚礁为生。

鉴于珊瑚礁的重要性，海洋酸化对这些独特生态系统的影响尤为重要。到目前为止，前景并不乐观。海洋酸化已经减缓了珊瑚的生长速度。当海水变暖的同时，海洋酸化被认为会加剧珊瑚白化事件的破坏性影响，导致更多珊瑚死于这些事件。幸运的是，珊瑚可能有办法适应海洋酸化。例如，某些珊瑚共生体——生活在珊瑚内部的微小藻类——可能对海洋酸化对珊瑚的影响更有抵抗力。就珊瑚本身而言，科学家们发现了一些珊瑚物种适应迅速变化的环境的潜力。beplay体育官网电脑然而，随着海洋变暖和酸化的持续，珊瑚的多样性和数量可能会严重下降。

鱼

鱼可能不长壳，但它们有特殊的耳骨，需要碳酸钙才能形成。就像年轮、鱼耳骨或耳石一样，科学家可以利用碳酸钙带来确定鱼的年龄。除了对科学家的用途外，耳石在鱼类探测声音和正确定位身体的能力方面也起着重要作用。

与贝壳一样，预计海洋酸化会破坏耳石的形成。在模拟未来海洋酸化条件的实验中，由于海洋酸化对鱼耳石的影响，鱼的听力、学习能力和感觉功能都受到了损害。与没有海洋酸化的情况相比，在海洋酸化条件下，鱼类也表现出更大的勇气和不同的反捕食者反应。科学家们担心，与海洋酸化有关的鱼类行为变化是整个海洋生物群落面临麻烦的迹象，对海产品的未来有重大影响。

海藻

与动物不同，海藻可以在酸化的海洋中获得一些好处。和植物一样，海藻通过光合作用产生糖分。溶解的二氧化碳，海洋酸化的驱动因素，在光合作用中被海藻吸收。因此，大量溶解的二氧化碳对海藻来说可能是好消息，但明显例外的是，海藻明显使用碳酸钙作为结构支撑。然而，在模拟的未来海洋酸化条件下，即使是非钙化的海藻也会降低生长速度。

一些研究甚至表明，海藻丰富的地区，如海带林，可以帮助减少海洋酸化对其直接环境的影响，因为海藻的光合作用去除二氧化碳。然而，当海洋酸化与污染和缺氧等其他现象结合在一起时，海洋酸化对海藻的潜在好处可能会消失甚至逆转。

对于利用碳酸钙来创造保护结构的海藻来说，海洋酸化的影响更接近钙化动物的影响。球石藻是一种分布在全球的微型藻类，它们利用碳酸钙形成被称为球石的保护板。在季节性的花期，球状石藻可以到达密度高．这些无毒的藻华很快被病毒摧毁，病毒利用单细胞藻类产生更多的病毒。遗留下来的是球状石藻的碳酸钙板块，这些板块经常沉到海底。在球石藻的生与死过程中，藻类板块中的碳被运送到深海，在那里碳循环被移除，或被隔离。海洋酸化有可能对世界上的球石藻造成严重损害，破坏海洋食物的一个关键组成部分和在海底隔离碳的自然途径。

我们如何限制海洋酸化?

通过消除当今海洋快速酸化的原因，并支持生物避难所来抑制海洋酸化的影响，就可以避免海洋酸化潜在的可怕后果。

碳排放

随着时间的推移，大约30%释放到地球大气中的二氧化碳最终会溶解到海洋中。尽管海洋吸收二氧化碳的速度正在加快，但今天的海洋仍在努力吸收大气中已存在的二氧化碳。由于这种延迟，即使人类立即停止所有排放，除非直接从大气中清除二氧化碳，一定程度的海洋酸化可能是不可避免的。尽管如此,减少- - - - - -甚至逆转-二氧化碳排放仍然是限制海洋酸化的最佳方式。

海带

海带林可以通过光合作用减少局部海洋酸化的影响。然而，2016年的一项研究发现，他们观察到的超过30%的生态区域在过去50年经历了海带林的减少。在北美西海岸，海胆数量的下降主要是由于捕食者-被捕食者动态的不平衡造成的，这使得以海带为食的海胆占据了上风。如今，许多计划正在进行中，以恢复海带林，创造更多免受海洋酸化全面影响的地区。

甲烷渗漏

虽然甲烷渗漏是自然形成的，但它有可能加剧海洋酸化。在目前的条件下，储存在深海中的甲烷仍然处于足够高的压力和低温下，以保证甲烷的安全。然而，随着海洋温度的上升，海洋深处储存的甲烷有被释放的危险。如果海洋微生物接触到这些甲烷，它们会将其转化为二氧化碳，加强海洋酸化的影响。

鉴于甲烷有可能加剧海洋酸化，采取措施减少二氧化碳以外的其他温室气体的排放，将限制未来海洋酸化的影响。同样，太阳辐射使地球和海洋面临变暖的风险，因此减少太阳辐射的方法可能会限制海洋酸化的影响。

污染

在沿海环境中，污染放大beplay体育官网电脑了海洋酸化对珊瑚礁的影响。污染为通常营养贫乏的珊瑚礁环境增加了营养，使藻类比珊瑚具有竞争优势。beplay体育官网电脑污染还会破坏珊瑚的微生物群，使珊瑚更容易患病。虽然变暖和海洋酸化对珊瑚的损害比污染更大，但消除其他珊瑚礁压力源可以提高这些生态系统适应生存的可能性。其他海洋污染物，如石油和重金属，会导致动物增加呼吸频率，这是能量消耗的一个指标。考虑到钙化动物必须投入额外的能量来建造它们的外壳，而不是溶解它们的外壳，与此同时对抗海洋污染所需的能量使得造壳动物更难跟上。

过度捕捞

特别是对珊瑚礁来说，过度捕捞是它们生存的另一个压力源。当太多的草食性鱼类从珊瑚礁生态系统中消失时，使珊瑚窒息的藻类更容易占领珊瑚礁，杀死珊瑚。与污染一样，减少或消除过度捕捞可以增强珊瑚礁对海洋酸化影响的抵御能力。除了珊瑚礁，其他沿海生态系统在同时受到过度捕捞的影响时，更容易受到海洋酸化的影响。在多岩石的潮间带环境中，过度捕捞会导致海beplay体育官网电脑胆过多，导致曾经有钙化藻类的区域变得贫瘠。过度捕捞还导致了非钙化海藻物种的枯竭，比如海带林，破坏了海洋酸化的影响被溶解的碳的光合吸收所抑制的地方。