海洋酸化：二氧化碳如何改变海洋化学与海洋生物

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工业革命以来人类活动使大气二氧化碳浓度上升，表层海水pH已下降0.1个单位，相当于酸度增加约30%。海洋吸收约30%的人为排放二氧化碳，导致碳酸根离子减少，牡蛎、珊瑚等造壳生物难以维持贝壳与骨骼，pH过低时甚至会溶解。研究显示，小丑鱼在更酸的水中探测捕食者的能力下降，而藻类和海草可能因高CO₂受益。

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作者 / 来源：NOAA Education · 原文时间未提供

原作者信息要点

自工业革命开始200多年来，人类活动导致大气中二氧化碳浓度上升，期间表层海水pH值下降了0.1个单位。由于pH标是对数刻度，这一变化约相当于酸度增加了30%。

海洋吸收了约30%释放到大气中的二氧化碳。随着化石燃料燃烧和土地利用变化等人类活动使大气二氧化碳水平升高，海洋吸收的二氧化碳量也随之增加。二氧化碳被海水吸收后发生一系列化学反应，导致氢离子浓度升高。

pH标范围从0到14，7为中性，高于7为碱性，低于7为酸性。pH标是氢离子浓度的倒数，氢离子越多酸性越强、pH越低。

二氧化碳溶解于海水，与水结合形成碳酸（H2CO3），这是一种弱酸，解离为氢离子（H+）和碳酸氢根离子（HCO3-）。目前海洋平均pH约为8.1，呈碱性，但随着海洋持续吸收更多二氧化碳，pH下降，海洋变得更酸。

海洋酸化已经影响许多海洋物种，尤其是牡蛎和珊瑚等通过结合海水中的钙和碳酸根离子来构建硬壳和骨骼的生物。随着海洋酸化加剧，可用的碳酸根离子（CO3 2-）与过量的氢离子结合，导致用于钙化的碳酸根离子减少。如果pH过低，壳和骨骼甚至可能开始溶解。

翼足类（海蝴蝶）是一种约小豌豆大小的微小海螺，是许多食物网的重要组成部分，被从磷虾到鲸鱼等多种生物捕食。当翼足类的壳被置于预计2100年pH和碳酸根水平的模拟海水中，45天后壳缓慢溶解。研究人员已在环绕南极洲的南大洋发现翼足类壳的严重溶解现象。

海洋化学变化也会影响非钙化生物的行为。在更酸的水中，小丑鱼等某些鱼类探测捕食者的能力下降。研究表明，pH降低还影响小丑鱼幼鱼寻找合适栖息地的能力。

虽然一些物种会受到海洋酸化的伤害，但藻类和海草可能受益于海洋中较高的二氧化碳条件，因为它们像陆生植物一样需要二氧化碳进行光合作用。目前有一些研究在探讨种植海藻是否有助于减缓海洋酸化。

基于一切照常的排放情景，到本世纪末表层海水pH可能降至约7.8。上一次海洋pH如此低是在1400万至1700万年前的中新世中期，当时地球温度更高且正发生重大灭绝事件。

海洋酸化目前影响整个海洋，包括沿海河口和水道。全球数十亿人依赖海洋食物作为主要蛋白质来源。美国及世界各地的许多工作和经济依赖海洋中的鱼类和贝类。

海洋酸化是全球气候变化的一个方面。过去十年，海洋科学界重点研究海洋酸化的潜在影响。NOAA的海洋酸化项目致力于建立科学家、资源管理者、政策制定者和公众之间的关系，以研究和监测海洋化学变化对渔业和珊瑚礁等重要生态系统的影响。

由于全球海洋酸化的持续监测才刚刚开始，目前无法准确预测海洋酸化影响将如何在整个海洋食物网中 cascading 并影响海洋生态系统的整体结构。随着海洋酸化速度加快，科学家、资源管理者和政策制定者认识到迫切需要加强科学基础以支持决策和行动。

一项NOAA资助的研究记录显示，美国太平洋西北沿岸的海洋酸化正在影响一些幼年珍宝蟹的壳和感觉器官，珍宝蟹是西海岸最有价值渔业所依赖的珍贵甲壳类动物。

海洋酸化影响海洋生态系统以及牡蛎养殖等商业产业，可与食物网和生态系统、气候变化和二氧化碳排放的环境影响以及化学实际应用等课程结合教学。学生可以探索包括海水和大气中二氧化碳水平实时信息在内的数据。

本站整理与观察

本站观察：材料将海洋酸化置于全球气候变化框架下，强调其与二氧化碳排放的直接关联，并指出当前监测和研究仍不足以精确预测生态系统级联影响。

本站观察：材料在列举受影响生物时，区分了钙化生物（如牡蛎、珊瑚、翼足类）和非钙化生物（如小丑鱼），并提到藻类和海草可能因二氧化碳升高而受益，显示影响具有物种差异性。

本站观察：材料引用具体数值（pH下降0.1、酸度增加约30%、海洋吸收约30%排放、本世纪末pH约7.8、翼足类壳45天溶解实验）作为论据，但未提供这些数值的原始文献出处，读者需注意其来源为原作者陈述。

本站观察：材料提及NOAA资助的珍宝蟹研究及2022年EPP/MSI学者Alison Novara的研究，但未给出具体研究结论的详细数据，仅作为研究动态列举。

材料未提供作者信息及具体文献引用，部分数值和实验结论（如pH下降0.1、酸度增加30%、翼足类壳45天溶解、本世纪末pH 7.8）为原作者陈述，未附原始研究出处；关于珍宝蟹和Alison Novara研究的描述较简略，缺乏具体数据；材料未涉及海洋酸化对极地以外区域生态系统的详细预测。本站观察仅基于材料内容进行逻辑归纳，不构成对原始研究数据的验证。