海洋酸化 -珊瑚对海水酸化的响应属于

曾江宁 上天入地

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我们先看看海洋环境的状况：海洋贝类缺钙，外壳变薄变脆，蜗居之室安全不在（图1）；海洋背景噪音增加，海豚难以寻找猎物和躲避天敌；频遭热带暴雨袭击，南太平洋岛国基里巴斯和印度洋岛国马尔代夫生存环境恶化；水母泛滥冲滩，秦皇岛8岁男童大意遭蜇，不治身亡，海滨浴场游客恐惧裹足不前。

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图1 海洋酸化受害者--外壳破碎的琥螺

造成海洋恶劣环境的原因：这些悲剧场景，正在一幕幕上演，或在科学家笔下，或在现实生活中。而引发这些悲剧的原因都直接或间接着指向海洋酸化。确实，是海洋酸化，不是危言耸听。常识告诉我们海水是碱性的，那么海洋酸化是怎么回事呢？

什么是海洋酸化？海洋酸化指的是海水溶解更多的大气CO2而导致的海水pH值降低的过程。海洋酸化不仅改变了海洋的化学成分，而且破坏了海洋生物的生存环境，使它们的骨架、外壳等无法正常形成，珊瑚礁等也在腐蚀性环境中不断解体。

科学家们怎么说？科学家估计，从工业革命至今的二百多年间，表层海洋的pH值已经降低了0.1，如果继续按照目前这种化石燃料消耗量和大气CO2浓度升高的趋势发展，到21世纪末海洋pH值可能会下降0.3-0.4，意味着海水氢离子浓度会比工业革命以前上升100-150% (Doney, 2010)。不要小看这0.1个pH单位，要知道，全球海洋酸度已经稳定了2300万年之久，额外增加的二氧化碳却改变了海水的化学结构，加重了它的酸性程度。海洋以每小时100万吨以上的速率从大气中吸收CO2, 使上层海洋pH值不断下降，引起海洋酸化，科学家估计全球海洋的pH值每年以0.0022 单位下降。

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图2 2011年全国降水pH年均值分布示意图

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（中国环境状况公报，2011）

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东海近岸海域潮间带承受着海洋酸化

和酸沉降的双重压力

由于海水自身的缓冲性质，与全球变暖相比，海洋酸化在国内外所受关注明显不足，酸沉降对于海洋生态系统的影响也未受到足够重视。直到2003年，“海洋酸化”才作为学术名词第一次出现在英国《自然》杂志上。随着全球CO2排放的持续增加，海洋酸化影响持续发酵，全球大洋上层生态不容乐观、极地海洋生态告急，近海生态更是雪上加霜。科学家们已经开始意识到，气候变化和海洋酸化进程比最初科学预测的要快得多。

《摩纳哥宣言》的主要内容 2009年8月13日，全球150多位顶尖海洋研究人员共同签署《摩纳哥宣言》，呼吁各国政府和人民关注对海洋酸化对全球海洋生态系统的严重伤害。该宣言指出，海水酸度的急剧变化，比过去自然改变的速度快上100倍。而海洋化学物质近数十年的快速改变，已严重影响海洋生物、食物网，生态多样性及渔业等诸多方面。

海洋酸化影响了很多物种的生长、繁殖以及抵抗疾病的能力，从而带来更广泛的生态危害。近岸海域作为人类社会和海洋生态系统的交错带，重要性不言而喻，海洋酸化在近岸海域的成因及影响我们不妨多用些笔墨。

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人类活动对海洋酸碱度的影响 近岸海域的人为活动正在影响着海水化学及海洋的酸-碱平衡。陆源输入、富营养化及低氧化等与海洋酸化叠加，造成近岸海域比大洋海域酸化速率更快。这种影响体现在以下3个方面：

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1、化石燃料燃烧产生的硫酸和硝酸的酸雨进入边缘海，也会影响表层海水的pH值，对于间歇性暴露于空气中的近海潮间带，酸雨的影响则更为显著（图2、图3）；

2、通过陆源污染进入海洋的硫化物和氮化物会对海洋的酸度产生影响，降低海水的pH值，特别是在近海局部海域，这种酸化影响可能会更加显著(Parsons,1977)；

3、近岸水体还受过剩营养盐输入的影响，主要是来源于农业活动、肥料和生活污水中的氮。化学成分的变化引起浮游植物水华，当水华结束有机物迁出表层时，细菌的呼吸作用导致海水中溶解氧减少而CO2增多，次表层海水的pH值也随之下降。

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图3 美国东海岸酸雨影响严重，近海潮间

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带同样承受着海洋酸化和酸沉降的双重压力

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生长在近岸潮间带环境中的大型藻类，周期性地暴露于空气和淹没在水中，更易受到酸沉降等胁迫的影响。发生在大型藻类繁殖季节的酸沉降，影响到藻类生殖细胞孢子在岩相潮间带的附着，抑制幼苗的生长，从而导致近海潮间带不能形成海洋森林--大型海藻场，进而不能为更多的海洋生物提供庇护场所和生儿育女、游玩嬉戏的场所。

海洋酸化对于藻类的影响还表现在其对光合系统和酶活性的影响。pH值降低造成的酸胁迫影响着藻类的光合系统，光合系统II反应中心活性下降、光合电子传递受阻，降低了叶绿素光系统反应中心的光能转化效率。酸胁迫既可以破坏藻体的活性氧清除酶系，还可以造成质膜上的ATP酶失活，而这两种途径均能导致细胞膜内离子泄漏，从而使细胞不能维持正常的离子浓度，进而影响藻类新陈代谢功能，抑制藻类的生长。

海洋酸化对钙化浮游动物群落有直接影响，有孔虫、浮游翼足类和异足类是其中最主要的3大类群。大部分海洋生物骨骼或壳体的主要组成成分是碳酸钙，生物体内的钙化过程反应方程式为：HCO3－+Ca2＋→CaCO3↓＋H＋。生物必须消耗能量把钙化后产生的质子（H＋）排到体外海水环境中。当海水pH值降低时，海水中的碳酸盐平衡体系发生改变，海水中质子浓度相对增高，海洋生物身体内外的质子势能差降低，生物需要更多的能量才能把钙化过程中产生的质子排到体外。同时，酸化条件下，尽管海洋生物的钙质壳体也可以正常生长，但是暴露在海水环境中的碳酸钙壳体溶解速率会增大，因此生物需要在维护壳体上花更多的能量，从而使繁殖或其他生命活动中的能量相应减少。美丽的海蝴蝶是一种海洋酸化风向标，它们脆弱的薄壳使其成为评估地球海洋化学变化的完美对象（图4）。

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图4 海洋酸化风向标--微小

翼足类动物牛角蝶螺

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（图片来源：blogs.smishsonianmag.

com/Karen Osborn）

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海洋酸化正在威胁海洋物种繁殖。哥德堡大学研究人员令一种生活在澳大利亚南海岸的海胆在pH值低于正常值8.1到7.7的海水中进行繁殖。这种海胆的繁殖方式同大多数的无脊椎海洋生物类似，是体外受精。海胆先将卵细胞和精子排到海水中，两者结合后得到受精卵，然后再进行生长。而当海水处于过酸的情况时，该海胆的精子活性将受到影响，从而导致受精成功的机率下降25%。而即使受精成功，其幼体的发育也不是完全安全的，实验表明仅有75%的受精卵能够发育成健康的幼体。

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当海洋的pH值下降0.3，即科学家们预测的2050年海洋pH条件下，海水中的声音传播速度将比现有速度快70%，海洋将变得越来越嘈杂。这对于依靠声音猎食和传递信息的海洋生物绝对不是一个好消息，即意味着这些海洋生物的活动更容易受到来自运输船只和海军声纳背景噪音的影响。随着海洋变得越来越酸以及吸声物质的缺乏，更强的背景噪音水平将对海洋动物依靠声音的功能造成致命打击。鲸鱼将是最大的受害者，可能受到影响的海洋动物还包括海豚以及其他利用声音寻找猎物、躲避天敌和保卫领域的鱼类。

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科学家告诫说海洋酸化的自然恢复至少需要数千年，遏制它的唯一有效途径就是尽快减少CO2的全球排放量。

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