了解海洋酸化：全球威胁

覆盖地球 70% 以上的世界海洋，在调节气候和维持生命方面发挥着至关重要的作用。它们吸收了人类活动释放到大气中的大量二氧化碳 (CO₂)。虽然这种吸收有助于缓解气候变化的影响，但它付出了巨大的代价：海洋酸化。这种现象通常被称为“气候变化的同样邪恶的孪生兄弟”，对海洋生态系统和数十亿依赖它们的人们构成了严重威胁。

什么是海洋酸化？

海洋酸化是指地球海洋的 pH 值持续下降，这主要是由大气中二氧化碳 (CO₂) 的吸收引起的。当 CO₂ 溶解在海水中时，它会发生反应形成碳酸 (H₂CO₃)。这个过程增加了氢离子 (H⁺) 的浓度，从而降低了海洋的 pH 值。虽然海洋并没有真正变成酸性（其 pH 值仍高于 7），但“酸化”一词准确地描述了向更酸性条件的变化。

简单来说：大气中更多的 CO₂ → 海洋吸收更多的 CO₂ → 海洋酸度增加。

海洋酸化背后的化学原理

海洋酸化涉及的化学反应可以总结如下：

1. CO₂ 溶解：大气中的二氧化碳溶解在海水中： CO_{2 (大气)} ⇌ CO_{2 (海水)}
2. 碳酸形成：溶解的 CO₂ 与水反应生成碳酸： CO_{2 (海水)} + H₂O ⇌ H₂CO₃
3. 碳酸氢盐形成：碳酸解离成碳酸氢盐离子和氢离子： H₂CO₃ ⇌ HCO₃^- + H⁺
4. 碳酸盐形成：碳酸氢盐离子进一步解离成碳酸盐离子和氢离子： HCO₃^- ⇌ CO₃^2- + H⁺

氢离子 (H⁺) 的增加降低了 pH 值，使海洋变得更酸性。此外，氢离子浓度的增加降低了碳酸盐离子 (CO₃^2-) 的可用性，这对用碳酸钙 (CaCO₃) 构建外壳和骨骼的海洋生物至关重要。

海洋酸化的原因

海洋酸化的主要驱动因素是由于人类活动导致大气中 CO₂ 浓度的增加，特别是化石燃料（煤炭、石油和天然气）的燃烧、森林砍伐和工业过程。

• 化石燃料燃烧：燃烧化石燃料会向大气中释放大量 CO₂，超过了海洋在不发生重大化学变化的情况下吸收它的自然能力。
• 森林砍伐：森林充当碳汇，吸收大气中的 CO₂。森林砍伐降低了地球去除 CO₂ 的能力，导致大气浓度增加。
• 工业过程：各种工业活动，如水泥生产，也会释放大量 CO₂。
• 土地利用变化：农业和城市化也会导致 CO₂ 排放量增加。

海洋酸化的影响

海洋酸化对海洋生态系统及其提供的服务产生了深远而广泛的影响。

对海洋生物的影响

海洋酸化最显着的影响是针对依赖碳酸钙构建外壳和骨骼的海洋生物。这些包括：

• 贝类：牡蛎、蛤蜊、贻贝和其他贝类难以在更酸性的水中建造和维护它们的外壳。这可能导致外壳变薄、变弱，更容易受到捕食者的攻击，并降低生长速度。例如，在美国西北太平洋地区的养殖场中，由于海洋酸化，牡蛎养殖者经历了牡蛎幼虫的大量死亡。他们不得不实施昂贵的水处理系统来缓解影响。从欧洲到亚洲，世界各地的贝类养殖者都面临着类似的挑战。
• 珊瑚礁：珊瑚礁已经受到气候变化和其他压力的威胁，尤其容易受到海洋酸化的影响。珊瑚利用碳酸钙构建它们的骨骼，而海洋酸化使这个过程更加困难，导致生长速度变慢，更容易受到侵蚀和珊瑚白化的影响。澳大利亚的大堡礁是世界上最大的珊瑚礁系统之一，正因海洋酸化和水温升高而遭受严重退化。这威胁着依赖珊瑚礁的生物多样性和旅游业。
• 浮游生物：某些类型的浮游生物，即海洋食物网的基础，也用碳酸钙构建外壳。海洋酸化会影响它们的生长、繁殖和生存，对整个生态系统产生连锁反应。例如，北冰洋的研究表明，海洋酸化正在影响某些浮游生物物种形成外壳的能力，这可能会破坏整个北极食物网。
• 鱼类：虽然鱼类不建造外壳，但海洋酸化仍然会影响它们。它会损害它们探测捕食者、寻找食物和繁殖的能力。例如，对小丑鱼的研究表明，海洋酸化会破坏它们的嗅觉，使它们更容易受到捕食者的攻击。

生态系统层面的影响

对单个物种的影响可能会波及整个海洋生态系统，从而导致：

• 食物网中断：浮游生物丰度和物种组成的改变会破坏整个海洋食物网，影响鱼类种群、海洋哺乳动物和海鸟。
• 栖息地丧失：珊瑚礁的衰退导致无数海洋物种的栖息地丧失，降低了生物多样性和生态系统恢复力。
• 物种分布变化：随着海洋条件的变化，一些物种可能会被迫迁移到更合适的栖息地，改变物种分布模式，并可能导致竞争和冲突。

社会经济影响

海洋酸化也具有重要的社会经济影响：

• 渔业：鱼类种群和贝类种群的减少会对渔业产生负面影响，影响全球数百万人的粮食安全和生计。例如，严重依赖渔业的东南亚社区特别容易受到海洋酸化的影响。
• 水产养殖：海洋酸化对水产养殖，特别是贝类养殖，构成了重大威胁，可能导致经济损失和就业岗位的流失。
• 旅游业：珊瑚礁和其他海洋生态系统的退化会对旅游业产生负面影响，尤其是在依赖潜水、浮潜和其他海洋活动的沿海地区。例如，马尔代夫严重依赖以珊瑚礁为中心的旅游业，这使得它极易受到海洋酸化的影响。
• 海岸防护：健康的珊瑚礁和贝类床通过缓冲波浪能和减少侵蚀来提供天然的海岸防护。它们的衰退增加了沿海社区在风暴和海平面上升中的脆弱性。

测量海洋酸化

科学家使用各种方法来监测海洋酸化，包括：

• pH 值测量：使用电子传感器和化学指示剂直接测量 pH 值。
• CO₂ 测量：测量海水中溶解的 CO₂ 浓度。
• 碱度测量：测量海洋的缓冲能力，即它抵抗 pH 值变化的能力。
• 卫星数据：利用卫星遥感监测海洋颜色和地表 CO₂ 浓度。
• 海洋观测站：部署配备传感器的长期海洋观测站，以监测各种海洋参数，包括 pH 值、CO₂ 和温度。

这些测量对于跟踪海洋酸化的进展、了解其影响以及评估缓解策略的有效性至关重要。全球海洋酸化观测网络 (GOA-ON) 等全球倡议促进了监测和研究海洋酸化的国际合作。

海洋酸化的解决方案

解决海洋酸化问题需要一个多方面的方法，包括减少 CO₂ 排放、恢复海洋生态系统和制定适应战略。

减少 CO₂ 排放

对抗海洋酸化的最有效方法是减少人类活动产生的 CO₂ 排放。这需要全球共同努力：

• 过渡到可再生能源：从化石燃料转向太阳能、风能和水力发电等可再生能源。德国的 Energiewende（能源转型）是向可再生能源迈进的国家努力的一个例子。
• 提高能源效率：通过改进建筑设计、交通系统和工业流程来减少能源消耗。
• 减少森林砍伐：保护和恢复森林，以增强碳封存能力。哥斯达黎加等国家在植树造林方面取得了重大进展。
• 可持续农业：实施可持续农业实践，以减少排放并增强土壤中的碳封存。
• 碳捕获和储存：开发和部署从工业来源捕获 CO₂ 并将其储存在地下或其他长期储存地点的技术。

《巴黎协定》等国际协议旨在限制全球变暖并减少 CO₂ 排放，但需要更坚定的承诺和更雄心勃勃的行动。

恢复海洋生态系统

恢复和保护海洋生态系统可以增强其对海洋酸化和其他压力的恢复力。

• 珊瑚礁修复：实施珊瑚礁修复项目，如珊瑚园艺和珊瑚礁稳定，以帮助受损的珊瑚礁恢复。世界各地，包括加勒比海和东南亚，正在积极参与珊瑚礁修复。
• 海草修复：恢复海草床，它可以从水中吸收 CO₂ 并为海洋生物提供栖息地。美国切萨皮克湾和澳大利亚沿海地区等多个地点正在进行海草修复项目。
• 牡蛎礁修复：恢复牡蛎礁，它可以过滤水、提供栖息地并缓冲波浪能。切萨皮克湾基金会正在积极参与切萨皮克湾的牡蛎礁修复。
• 海洋保护区：建立海洋保护区以保护关键栖息地和生物多样性。世界各国已经建立了海洋保护区，从小型沿海保护区到大型海洋保护区。

制定适应战略

虽然减缓至关重要，但也需要适应战略来帮助海洋生物和人类社区应对海洋酸化的影响。

• 选择性育种：培育对海洋酸化更具抵抗力的贝类和其他海洋生物。例如，研究人员正在努力培育更具复原力的牡蛎，以应对海洋酸化的挑战。
• 水质管理：实施水质管理措施，以减少污染和养分径流，这会加剧海洋酸化。
• 水产养殖创新：开发创新的水产养殖技术，以减轻海洋酸化的影响，例如使用缓冲剂来提高海水 pH 值。
• 海岸规划：实施考虑到海洋酸化和海平面上升影响的海岸规划政策。
• 生计多样化：帮助依赖渔业和水产养殖的社区使其生计多样化，以降低其对海洋酸化影响的脆弱性。

个人的作用

虽然海洋酸化是一个需要国际合作的全球性问题，但个人也可以在应对这一挑战方面发挥作用。

• 减少您的碳足迹：采取措施减少您的碳足迹，方法是节约能源、使用公共交通工具、少吃肉并支持可持续企业。
• 支持可持续海鲜：选择以对环境负责的方式捕捞的可持续海鲜。
• 教育自己和他人：了解更多关于海洋酸化的知识，并与他人分享您的知识。
• 支持致力于对抗海洋酸化的组织：向致力于解决海洋酸化问题和保护海洋生态系统的组织捐款或志愿服务。
• 倡导政策变革：联系您选举产生的官员，敦促他们支持减少 CO₂ 排放和保护我们海洋的政策。

结论

海洋酸化是对海洋生态系统和依赖它们的数十亿人构成的严重且日益增长的威胁。通过了解海洋酸化的原因、影响和解决方案，我们可以采取行动来保护我们的海洋，并确保所有人的可持续未来。现在就采取行动。我们必须作为个人、社区和国家共同努力，减少 CO₂ 排放，恢复海洋生态系统，并制定适应战略。我们的海洋健康，以及我们地球的福祉，都取决于它。

延伸阅读

• NOAA 海洋酸化计划
• EPA 海洋酸化
• IPCC 关于气候变化中海洋和冰冻圈的特别报告