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海洋酸化，或称OA，是溶解碳增加使海水更酸性的过程。 - _8 T# s4 e- w/ s/ f# l
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加强能够抑制海洋酸化的全面影响的生态系统。
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- I! N& C2 F$ t% D 什么导致了海洋酸化？
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燃烧化石燃料向大气中排放温室气体，包括导致海洋酸化的过量二氧化碳
8 z- h- k! C3 E5 \# ?- M7 j 今天，海洋酸化的主要原因是燃烧化石燃料不断向大气中释放二氧化碳。其他的罪魁祸首还包括沿海污染和深海甲烷泄漏自大约200年前工业革命开始以来，当人类活动开始向地球大气层释放大量二氧化碳时，海洋表面的酸性增加了30%左右。
; e0 \. y) G7 E5 _: \* X$ Z 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。
5 r$ Q2 j* {5 ~! x0 B 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。在那里，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附着在通过溶解的二氧化碳进入海水的每个氢离子上。相反，独立的氢离子会积聚并降低周围海水的pH值，或增加其酸度。
. [1 h9 K" e( Q9 n) | n1 Z 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来说，比如珊瑚礁和造壳动物，海洋酸化窃取碳酸盐离子而不是产生碳酸氢盐的方式减少了重要基础设施可用的碳酸盐池。 ) {' v# I) H- [0 N: Z
海洋酸化带来的影响) w1 n# A8 W' w; [ X( t) e
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。
" O: B0 D! K. r3 f* X0 n 软体动物 - n# t( N' n7 S( ^
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蓝色贻贝是少数能造壳的海洋动物之一，具有适应海洋酸化的能力
$ G9 F+ {+ c) Y6 Y6 H 海洋中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提取出来，通过一个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，这些造壳动物可用的碳酸钙数量减少了。当溶解的碳酸钙数量变得特别低时，这些依赖贝壳的生物的情况变得明显更糟;它们的壳开始溶解。简单地说，海洋中碳酸钙的缺乏导致海洋不得不回收一些
3 `7 e; ~. ]2 V 研究最充分的海洋钙化生物之一是翼足类，它是蜗牛的游动亲戚。在海洋的某些地方，每平方米翼脚类动物的数量可以达到1000多只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，它的可溶性比其他碳酸钙高出约50%，这使得翼足类特别容易受到海洋酸化的影响 9 t' ?4 o1 j: q% M& d
一些软体动物有办法在酸化的海洋溶解的拉力面前抓住它们的外壳。例如，被称为腕足类的蛤蜊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效应其他造壳动物，如普通的长春花和蓝色贻贝，可以调整它们用来形成外壳的碳酸钙的类型，使其更喜欢不易溶解的、更硬的形式对于许多无法补偿的海洋动物来说，海洋酸化预计会导致外壳变薄、变弱。 $ |" ]: Y. r4 E7 [, u, o
不幸的是，即使是这些补偿策略也会让拥有它们的动物付出代价。为了对抗海洋的溶解效应，同时抓住有限的碳酸钙作为建筑材料，这些动物必须投入更多的能量来造壳以生存。随着更多的能量被用于防御，这些动物用于执行其他重要任务的剩余能量就会减少，比如进食和繁殖。虽然海洋酸化对海洋软体动物的最终影响还存在很多不确定性，但很明显，这种影响将是毁灭性的。 2 J1 G. v& @7 w- N2 M9 Y
螃蟹
" K0 c- x8 P7 m# `/ S 虽然螃蟹也使用碳酸钙来建造它们的外壳，但海洋酸化对螃蟹鳃的影响可能是最重要的。蟹鳃为动物提供多种功能，包括通过呼吸排出二氧化碳。当周围的海水充满了来自大气的过量二氧化碳时，螃蟹就很难将自己的二氧化碳加入到混合物中。相反，螃蟹会在它们的血淋巴(蟹的血液)中积累二氧化碳，从而改变蟹体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。
: L" d* m- f4 ~! z8 _) B, F 珊瑚礁
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石珊瑚利用碳酸钙形成它们的骨骼
H; Q5 ]0 A, E2 W4 z% i 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。当珊瑚变白时，是动物的纯白色碳酸钙骨架出现，而不是珊瑚的鲜艳颜色。珊瑚建造的三维石质结构为许多海洋动物创造了栖息地。虽然珊瑚礁覆盖不到0.1%的海底，但至少有25%的已知海洋物种以珊瑚礁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10亿人以珊瑚礁为食 + J0 ]8 x1 R7 W) p1 o( p- o8 G
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。海水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。11 .就珊瑚本身而言，科学家已经发现一些珊瑚品种有能力适应快速变化的环境然而，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。 0 J: E! S; V! }1 b; Z; I5 B/ _2 T
鱼 ( U# H+ J/ ]( T- W# [* H
鱼可能不产壳，但它们确实有特殊的耳骨，需要碳酸钙来形成。就像树木的年轮、鱼的耳骨或耳石一样，积累了大量的碳酸钙条带，科学家可以利用这些条带来确定鱼的年龄。除了对科学家的作用外，耳石在鱼类探测声音和正确定位身体的能力中也发挥着重要作用。 # g k2 T" n6 }& a. a& \& J
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都受到了损害在海洋酸化条件下，与无海洋酸化条件下的行为相比，鱼类也表现出更大的胆识和不同的抗捕食反应。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。
. l& ^* T6 {" c: ~ 海藻 9 H X1 M! i8 v% D( x7 t( ?
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海藻林可以减少其周围海洋酸化的影响
. [4 t c" z" o 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，海藻进行光合作用产生糖类。海洋酸化的驱动因素溶解的二氧化碳在光合作用中被海藻吸收。由于这个原因，大量溶解的二氧化碳对海藻来说可能是个好消息，但明显使用碳酸钙作为结构支撑的海藻除外。然而，在模拟的未来海洋酸化条件下，即使是非钙化海藻也降低了增长率 ; e! T" l. T0 H/ i+ e
一些研究甚至表明，海藻丰富的地区，如海藻森林，可以帮助减少其直接环境的海洋酸化的影响，因为海藻的光合作用可以去除二氧化碳然而，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丧失甚至逆转。 {# P# ~: g# k2 q& P
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，颗石藻密度很高。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。
; L- X' c; g7 c 我们如何限制海洋酸化
& U7 b8 F9 j& u. H 通过消除造成今天海洋快速酸化的原因，并支持减轻海洋酸化影响的生物庇护所，就可以避免海洋酸化的潜在可怕后果。 碳排放
2 P% m# Z2 W6 a9 z) y 随着时间的推移，释放到地球大气中的二氧化碳大约有30%最终溶解在海洋中19 .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方法。 海带
8 p# ]/ s4 T' B$ z$ o 海带森林可以通过光合作用在当地减少海洋酸化的影响。然而，2016年的一项研究发现，在他们观察到的生态区域中，超过30%的区域在过去50年经历了海藻林的减少在北美西海岸，海胆数量的减少很大程度上是由于捕食者-猎物动态的不平衡造成的，这种不平衡使得以海带为食的海胆占据了上风今天，许多倡议正在进行中，以恢复海藻森林，创造更多区域，免受海洋酸化的全面影响。 甲烷渗漏
3 t0 t" B2 C- @* w3 t2 J2 n+ H 甲烷渗漏虽然是自然形成的，但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，海洋深海储存的甲烷正面临被释放的危险。如果海洋微生物能够接触到这些甲烷，它们就会将其转化为二氧化碳，从而加强海洋酸化的效果。
% _* X& y, R- E. S7 M# v I8 T3 T: D 考虑到甲烷有可能加剧海洋酸化，采取措施减少除二氧化碳以外的其他温室气体的排放，将在未来限制海洋酸化的影响。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6 J" O) } _! ~7 @; v! ?! x) \$ a8 t
在沿海环境中，污染放大了海洋酸化对珊瑚礁的影响。污染给通常缺乏营养的珊瑚礁环境增加了营养，使藻类比珊瑚具有竞争优势。污染还会破坏珊瑚的微生物群，使珊瑚更容易生病。虽然温度升高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，会导致动物呼吸速率增加——这是能源使用的指标。考虑到钙化动物在造壳时必须消耗比溶解速度更快的额外能量，同时对抗海洋污染所需要的能量使得造壳动物更难跟上速度。 过度捕捞: K; [* q9 \; I# K$ X9 }
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鹦鹉鱼吃藻类，有助于防止藻类占领珊瑚礁。 ; |1 c& d9 N/ f1 o/ c F
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。当太多的草食鱼类从珊瑚礁生态系统中消失时，窒息珊瑚的藻类会更容易占领珊瑚礁，杀死珊瑚。与污染一样，减少或消除过度捕捞可以提高珊瑚礁对海洋酸化影响的恢复能力。除了珊瑚礁，其他沿海生态系统也更容易受到海洋酸化的影响，同时受到过度捕捞的影响。在多岩石的潮间带环境中，过度捕捞会导致海胆过多，导致曾经钙化藻类的地方变得贫瘠过度捕捞还导致非钙化海藻物种的枯竭，如海藻森林，破坏了海洋酸化的影响被溶解碳的光合吸收所抑制的地方。 . i3 w, k6 N5 l- Y6 c6 e
通过这篇文章，我希望大家都加入到保护环境的队伍中，行动起来，保护我们的美丽家园。当然，也为了我们的餐桌上能吃到味美廉价的海鲜哦。
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