什么是海洋酸化?

海洋酸化，或称OA，是溶解碳增加使海水更酸性的过程。虽然海洋酸化是在地质时间尺度上自然发生的，但目前海洋酸化的速度比地球以前经历过的要快。海洋酸化的空前速度预计将对海洋生物，特别是贝类和珊瑚礁造成毁灭性的后果。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玻璃酸化的速度，并抵消了海洋酸化的全部效果的生态系统。

什么导致海洋酸化?

今天，海洋酸化的主要原因是正在进行的释放二氧化碳通过燃烧化石燃料进入我们的大气层。其他罪魁祸首包括沿海污染和深海甲烷渗漏。自200年前工业革命开始以来，人类活动开始将大量二氧化碳释放到地球的大气中，海洋表面已变为约30％的酸性。

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，并释放副产品二氧化碳。然而，今天大部分溶解在海洋中的二氧化碳来自于燃烧化石燃料所产生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。这些多余的氢离子附着在碳酸盐离子上形成重碳酸盐。最终，没有足够的碳酸盐离子残留到通过溶解的二氧化碳到达海水的每个氢离子上。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，大部分海洋的碳酸盐离子可以自由地与海洋中的其他离子进行连接，如钙离子，以形成碳酸钙。对于需要碳酸钙形成碳酸钙结构的动物，如珊瑚礁和壳建筑物，海洋酸化窃取碳酸盐离子的方式，而是产生碳酸氢盐，减少了可用于必要基础设施的碳酸盐池。

海洋酸化的影响

下面，我们分析了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

海洋的壳体建筑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，都有能力通过钙化过程将溶解的碳酸钙从海水中提取出来，形成保护壳。随着人类产生的二氧化碳不断溶解到海洋中，这些造壳动物所能获得的碳酸钙量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变得非常糟糕；它们的贝壳开始溶解。简言之，海洋变得如此缺乏碳酸钙，以至于它被迫收回一些。

其中一个最熟练的海洋钙化剂是Pteropod，蜗牛的游泳相对。在海洋的一些地区，Pteropod群体可以在单平方米中达到超过1,000个。这些动物生活在海洋中，作为大型动物的食物来源，它们在生态系统中扮演着重要的角色。然而，翼足类的保护壳受到海洋酸化溶解作用的威胁。文石是翼足类用来形成外壳的碳酸钙形式，它的可溶性比其他形式的碳酸钙高出约50%，这使得翼足类特别容易受到海洋酸化的影响。

一些软体动物配备有手段，在酸化海洋的溶解拉动面上坚持壳。例如，已显示称为Brachiopods的蛤蜊状动物通过产生更厚的壳来补偿海洋的溶解效果。其他壳体建筑动物，如普通的腹腔和蓝贻贝，可以调整它们用于形成它们的壳的碳酸钙类型，以偏好较差，更加刚性的形式。对于许多无法补偿的海洋动物来说，海洋酸化预计会导致外壳变薄、变弱。

不幸的是，即使是这些赔偿策略也是如此的成本。为了抓住海洋溶解效果，同时抓住有限的碳酸钙积木供应，这些动物必须将更多的能量奉献给壳牌建设以存活。随着更多能源用于防御，这些动物的遗体仍然存在，以执行其他必要任务，如进食和再现。虽然很多不确定性仍然存在终极效果海洋酸化将在海洋的软体动物上，但很明显影响将受到破坏性的影响。

螃蟹

虽然螃蟹也使用碳酸钙来构建它们的壳，但海洋酸化对蟹鳃的影响可能对这种动物最重要。螃蟹鳃为动物提供各种功能，包括通过呼吸产生的二氧化碳排泄。随着周围的海水从大气中充满多余的二氧化碳，螃蟹变得更加困难，以将其二氧化碳加入混合物。相反，螃蟹在血淋巴中累积二氧化碳，血液的蟹形式，而是改变螃蟹内的酸度。最适合调节体内化学物质的蟹类，预计在海洋变得更酸的时候会过得最好。

珊瑚礁

石珊瑚，就像那些已知的能创造壮丽珊瑚礁的珊瑚一样，也依赖碳酸钙来构建它们的骨骼。当一个珊瑚漂白，它是动物的颗粒状白色碳酸钙骨架，其出现在没有珊瑚的鲜艳色彩的情况下。由珊瑚构建的三维石像结构为许多海洋动物创造了栖息地。虽然珊瑚礁包括距离海底的0.1％，但至少25％的所有已知的海洋物种使用珊瑚礁进行栖息地。珊瑚礁也是海洋动物和人类的重要食物来源。据估计，超过10亿人以珊瑚礁为食。

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其相关。到目前为止，前景看起来并不乐观。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，导致更多的珊瑚死于这些事件。幸运的是，有一些方法可以让珊瑚适应海洋酸化。例如，某些珊瑚共生体——生活在珊瑚内部的微小藻类——可能更能抵抗海洋酸化对珊瑚的影响。就珊瑚本身而言，科学家发现了一些珊瑚物种适应快速变化环境的潜力。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

鱼可能不会产生壳，但他们确实有特殊的耳骨，需要碳酸钙形成。像树圈，鱼耳骨头或右侧，积聚科学家可以用来确定鱼的年龄的碳酸钙。除了对科学家的用途外，欧特里斯也在鱼类检测声音和正确定向身体的能力中具有重要作用。

与贝壳一样，耳石的形成预计也会受到海洋酸化的影响。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，鱼的听力能力、学习能力和感觉功能均受损。在海洋酸化条件下，与缺乏海洋酸化的行为相比，鱼类也显示出大胆和不同的抗捕食者反应。科学家们担心与海洋酸化有关的鱼类的行为变化是海洋生命的整个社区麻烦的迹象，对海鲜未来的重大影响。

海藻

与动物不同，海藻可能会在酸化海洋中获得一些益处。像植物一样，海藻光谱为生成糖。溶解二氧化碳，海洋酸化的驾驶员在光合作用期间被海藻吸收。因此，丰富的溶解二氧化碳可能是海藻的好消息，透明的海藻除外，明确地使用碳酸钙进行结构支持。甚至在模拟未来海洋酸化条件下甚至不钙化海藻都会降低增长率。

一些研究甚至表明，海藻丰富的地区，如海藻森林，可以帮助减少海洋酸化的影响，因为海藻的光合作用去除二氧化碳。然而，当海洋酸化与其他现象（如污染和缺氧）相结合时，海洋酸化对海藻的潜在好处可能会丧失甚至逆转。

对于使用碳酸钙来创造保护结构的海藻来说，海洋酸化的效果更接近钙化动物的效果。颗石藻是一种遍布全球的微小藻类，它利用碳酸钙形成被称为颗石藻的保护板。在季节性繁盛期间，颗石藻可以到达高密度．这些无毒的藻华很快就被病毒摧毁，病毒利用单细胞藻类产生更多的病毒。留下的是颗石藻的碳酸钙板块，它们经常沉入海底。在颗石藻生存和死亡的过程中，蕴藏在藻类板块中的碳被输送到深海，在那里它被从碳循环中移除或隔离。海洋酸化有可能对世界上的颗石藻造成严重损害，破坏海洋食物的一个关键组成部分和在海底封存碳的自然途径。

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抑制海洋酸化影响的生物避难所，可以避免海洋酸化的潜在可怕后果。

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溶解在海洋中。尽管海洋吸收二氧化碳的速度在不断加快，但今天的海洋仍在努力吸收已经存在于大气中的二氧化碳。由于这种延迟，一定程度的海洋酸化可能是不可避免的，即使人类立即停止所有的排放，除非二氧化碳直接从大气中去除。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途径。

海带

海带森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30%以上的生态区域在过去50年中经历了海带森林的衰退。在北美西海岸，海胆数量的下降很大程度上是由捕食者-猎物动态的不平衡造成的，这种不平衡让以海带为食的海胆占据了上风。今天，许多倡议正在进行中，以使海带森林恢复，以创造更多的地区免受海洋酸化的全面影响。

甲烷渗漏

在天然形成的同时，甲烷渗漏有可能加剧海洋酸化。在目前的条件下，储存在深海的甲烷残留在足够高的压力和冷温度下，以保持甲烷安全。然而，随着海洋温度升起的，海洋的甲烷的深海商店面临被释放的风险。如果海洋微生物进入该甲烷，它们会将其转化为二氧化碳，加强海洋酸化的效果。

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全球变暖温室气体的排放将限制未来海洋酸化的影响。同样，太阳辐射使地球及其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，污染加剧了海洋酸化对珊瑚礁的影响。污染为通常营养不良的珊瑚礁环境增加了营养，使藻类比珊瑚具有竞争优势。污染还破坏了珊瑚的微生物群落，使珊瑚更容易受到疾病的影响。同时，温度和海洋温度升高酸化比污染对珊瑚的损害更大，去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，如油和重金属，会导致动物呼吸速率增加，这是能量使用的一个指标。鉴于钙化动物必须应用额外的l建造贝壳的能量比它们溶解的速度快，同时对抗海洋污染所需的能量使建造贝壳的动物更难跟上。

过度捕捞

特别是珊瑚礁，过度捕捞是它们存在的另一个压力源。当从珊瑚礁生态系统中除去太多食草鱼时，珊瑚 - 窒息藻类可以更容易地接管珊瑚礁，杀死珊瑚。与污染，减少或消除过度捕捞的增加会增加珊瑚礁恢复性对海洋酸化的影响。除了珊瑚礁外，其他沿海生态系统还更容易受到过度捕捞的同时影响海洋酸化。在岩石跨境环境中，过度捕捞可能导致海胆过多，这在曾经钙化的贫瘠区域产生了贫瘠的区域。过度捕捞也导致耗尽非钙化海藻物种，如海带森林，破坏了海洋酸化的效果的破坏性的地方被溶解碳的光合摄取。