海洋酸化 -海洋酸化会导致什么

撰文/田夕凡（厦门大学海洋化学 博士生审稿/高树基（厦门大学近海海洋环境科学国家重点实验室 教授） 全球海洋酸化的生态效应正以前所未有的速度扩大。英国卡迪夫大学曾发布研究结果称目前海洋酸化强度达到1400万年来未见的水平。另外，有研究报道由我国自然资源部第三海洋研究所研究员陈立奇领导的团队通过历次中国南北极考察航次的观测分析，也发现南北极海域酸化水体正快速扩张，海洋酸化正在深刻地影响南北极脆弱的生态系统。

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（图片来源/百度图片）

什么是海洋酸化？

当海水吸收了空气中过量的二氧化碳，产生弱碳酸，导致海水酸碱度降低的现象被称为海洋酸化。pH是海水酸碱度的一个度量，小于7即为酸性。一般海水应为弱碱性，海洋表层水的pH值约为8.2，但自从上个世纪以来，近三分之一人类活动排放的二氧化碳通过大气扩散溶解进入海洋，强迫全球海洋以前所未有的速度酸化，海水的平均pH值已从8.18降至8.07，虽然这看起来很少，但海水实际酸度却增加了30%，这一酸化速度甚至超过了5500万年前那场生物灭绝的酸化速度。

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（图片来源/百度图片）酸性的增加，将改变海水化学的种种平衡，使依赖于化学环境稳定性的多种海洋生物乃至生态系统面临巨大威胁。图1展示给我们大气二氧化碳浓度、海水二氧化碳分压和海水pH的变化关系。

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图1 红色是大气二氧化碳，黄色是海水中二氧化碳的分压，蓝色是海水pH值（pH越小酸性越强）(原图出自Annu. Rev. Mar. Sci. 2009, Scott C. Doney)

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海洋酸化将给海洋生物造成严重影响海洋生物对于酸碱度的要求是非常严格的，当海水变酸后，首当其冲的就是珊瑚及其造就的珊瑚礁生态系统。珊瑚虫通过形成碳酸钙的骨骼，聚合成珊瑚礁，因为海水中过多的二氧化碳会改变海水碳酸盐缓冲体系的化学平衡，抑制碳酸钙质珊瑚礁的沉淀生成，除此之外，碳酸钙更是墨鱼骨、鹦鹉螺壳以及成千上万钙质壳体生物的躯壳材料。如甲壳类动物和在海洋中为自己建造钙化庇护所的生物被认为是最受威胁的，因为酸性海洋会阻碍它们形成外壳。

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（图片来源/百度图片）海洋酸化会阻碍珊瑚礁生长，而被称为“海洋中的热带雨林”的珊瑚礁生态系统又是海洋生产力最强的生态系统。科学研究发现约21%的海洋物种的生存依赖于仅占海洋面积的0.1%的珊瑚礁生态系统。某些模型研究发现，海洋酸化引起珊瑚礁的消失可以造成的经济损失达300-3750亿元每年，甚至更高。至于其生态系统价值，如珊瑚礁崩溃后，辐射到其他21%的相依存物种（如海星、扇贝、甲壳类等等），造成的损失更是难以评估。早在2015年，就有科学家呼吁大家在人类摧毁美丽的珊瑚礁系统之前，带着我们的孩子抓紧时间去欣赏一下这多姿多彩的珊瑚礁生态系统吧！

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另外，海洋初级生产者浮游植物在海洋和全球碳循环中扮演着举足轻重的角色，调节着全球气候。氮是浮游植物生长所必需的元素，全球面积一半以上海区的初级生产力受到了氮限制。束毛藻的固氮作用是海洋生态系统中“新氮”的重要来源之一，可贡献高达50%的全球海洋总固氮量，对海洋初级生产力以及碳、氮生物地球化学循环起着至关重要的影响。厦门大学近海海洋环境科学国家重点实验室史大林教授研究团队发现，因大气CO2上升而引起的海洋酸化，拉低了海洋微量元素铁的可利用性，抑制束毛藻的固氮作用。这意味着海洋酸化会降低海洋可利用活性氮的储库，这将会进一步加剧全球海洋的氮限制，从而可能会演变成人类文明史上最大的生态灾难。

图2 海洋中重要的固氮生物--束毛藻（原图出自：biying.com）同时，颗石藻作为全球大洋分布最为广泛的初级生产者之一，对于全球海洋二氧化碳吸收和碳的向下输出埋藏具有非常重要的意义。最近，厦门大学高坤山教授课题组探讨了颗石藻对海洋酸化的进化学响应。他们在历时两年的科学研究中发现大洋球石藻受酸化的影响，在长期适应酸化过程中具备了不可逆转的进化学特征。这表明海洋酸化会减少颗石藻类的钙化量，降低其生长速率，影响颗石藻类碳汇（光合）与碳源（钙化）过程在海洋碳循环中的作用，这预示着海洋酸化可能会降低全球海洋吸收大气二氧化碳的能力，将会使我们面临更加严峻的挑战。

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图3 长期适应酸化1000代后，颗石藻钙化作用途径被下调，即使转移到非酸化环境被下调的钙化作用也不可逆转，显示了进化学响应。PIC:颗粒无机碳；POC:颗粒有机碳。（原图出自：厦门大学近海海洋环境科学国家重点实验室)其次，酸化的损害也可以在食物网的更高食阶发现，酸化产生的连锁反应，从基础生产者一直上行到大型食用鱼类。科学家们预测，到本世纪末，由于酸化，波罗的海和巴伦支海的大西洋鳕鱼的大小会减少到现在的四分之一。

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迅速发展的海洋酸化，与其他多重压力因子相结合，威胁更是严重。比如，一些人类活动的副产品——微塑料污染和全球升温的协同作用，使得海洋越来越不利于生物生存，也使得许多海洋生物丧失适应能力。

到2100年，科学家预计大气中CO2浓度将从工业化以前的280ppm上升到540ppm至970ppm。相关模型预测100年后，海水pH将下降0.3-0.5，与自然过程相比，人类引发的海洋酸化发生速度非常快，也许只有那些快速繁衍后代的生物，比如微生物，才能跟上海洋酸化快速前进的步伐。

（图片来源/百度图片）海洋是地球生命起源的摇篮，人与海洋需要和谐共存。保护海洋，人人有责！保护海洋环境就是保护人类自己的生命，呵护海洋就是关爱人类的千秋万代！

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