二氧化碳自然存在于空气中:植物生长需要二氧化碳，动物呼吸时呼出二氧化碳。但是，由于人们燃烧燃料，现在大气中的二氧化碳比过去1500万年中的任何时候都要多。大部分CO₂在大气中聚集，因为它吸收了太阳的热量，在地球周围形成了一层毯子，使其温度升高。但是大约30%的二氧化碳₂会溶解到海水中，而不是作为漂浮的二氧化碳₂分子。一系列的化学变化分解了一氧化碳₂分子和其他分子重新结合。

当水(H₂O)和有限公司₂混合后，它们结合形成碳酸(H₂有限公司_3.)．一些众所周知的酸可以分解固体，比如盐酸(胃酸的主要成分，可以消化胃里的食物)和硫酸(汽车电池的主要成分，滴一滴就会灼伤你的皮肤)，与之相比，碳酸是弱的。较弱的碳酸可能没有那么快，但它的工作方式和所有的酸一样:它释放氢离子(H⁺），与该地区的其他分子相结合。

海水中氢离子越多，酸性越强它的pH值也更低．事实上，酸化术语的定义-酸度，H⁺酸度描述了有多少H⁺离子在溶液中;酸是一种能释放氢的物质⁺离子;pH是用来测量H+离子浓度的刻度。

史密森学会

pH值越低，溶液越酸性。pH标度从14（Lye的pH值为13）到1（柠檬汁的pH值为2），pH为7的14（柠檬汁），其含量为7（酸性或碱性）。海洋本身并不是酸性少于7的感觉，即使所有的合作也不会成为酸性₂它们正在溶解在海洋中。但是增加酸度的方向变化仍然是巨大的。

迄今为止，海洋pH值自工业革命以来已从8.2降至8.1，预计到本世纪末还将再降0.3至0.4 pH值单位。pH值下降0.1可能看起来不是很多，但pH值的刻度，就像用于测量地震的里氏震级，是对数的。例如，ph4比ph5的酸性强10倍，比ph6的酸性强100倍(10倍10)。如果我们继续以目前的速度增加二氧化碳，到本世纪末海水的pH值可能会再下降120%，降至7.8或7.7，这将使海洋比过去2000万年或更久以来的任何时候都更酸。

许多化学反应，包括那些对生命至关重要的化学反应，对pH值的微小变化都很敏感。例如，在人类体内，正常血液pH值在7.35到7.45之间。血液pH值下降0.2-0.3会导致癫痫、昏迷甚至死亡。同样，海水pH值的微小变化也会对海洋生物产生有害影响，影响化学物质的通讯、繁殖和生长。

海洋生物的骨骼构造对酸性特别敏感。与氢离子成键的分子之一是碳酸盐(CO_3.²)，是碳酸钙(CaCO_3.）贝壳。制作碳酸钙，壳牌野生动物，如珊瑚和牡蛎结合了钙离子（CA.^{+ 2})和碳酸盐(CO_3.²)，并在此过程中释放二氧化碳和水。

像钙离子一样，氢离子倾向于与碳酸盐结合，但它们对碳酸盐的吸引力大于对钙离子的吸引力。当一个氢键与碳酸盐成键时，碳酸氢盐离子(HCO_3－)形成。造壳生物不能从碳酸氢盐中提取它们需要的碳酸盐离子，这就阻止了它们利用碳酸盐来长出新的壳。通过这种方式，氢本质上与碳酸盐离子结合，使得有壳动物更难建造家园。即使动物能够在酸性更强的水中形成骨骼，它们也可能需要花费更多的能量来完成这一过程，从而从繁殖等其他活动中消耗资源。如果周围有太多的氢离子，而没有足够的分子与它们结合，它们甚至可以开始打破现有的碳酸钙分子——溶解已经存在的壳层。

这只是由溶解二氧化碳引起的额外氢离子可能干扰海洋中的一个过程。因此，水中的生物必须学会生存，因为它们周围的水含有越来越多的碳酸盐氢离子。

造礁珊瑚用碳酸钙建造自己的家园，形成复杂的珊瑚礁这为珊瑚动物提供了住所，也为许多其他生物提供了栖息地。酸化可能限制珊瑚增长通过腐蚀已经存在的珊瑚骨骼，同时减缓新珊瑚礁的生长，结果是脆弱的珊瑚礁将更容易受到侵蚀。这种侵蚀不仅来自风暴，也来自钻洞的动物或者吃珊瑚。最近的一项研究据预测，大约到2080年，海洋环境将变得如此酸性，即使是健康的珊瑚礁也将比它们重建的速度更快地被侵蚀。

酸化也可能在珊瑚开始建造家园之前就对其产生影响。研究人员只对少数几种珊瑚的卵和幼虫进行了研究，对酸性较强的海水进行了研究并没有影响他们的发展当它们还是浮游生物的时候。然而，在酸性水中的幼虫有更多找个好地方安顿下来很困难，阻止他们长大成人。

珊瑚遭遇的麻烦因物种而异。有些种类的珊瑚可以使用碳酸氢而不是碳酸盐离子来构建它们的骨骼，这让它们在酸化的海洋中有更多的选择。有些人没有骨架也能活下来恢复正常的骨骼构造活动一旦水回到一个更舒适的pH值，其他的可以处理更大的pH值范围。

尽管如此，在下个世纪，我们将看到珊瑚礁中发现的常见类型的珊瑚转移 - 尽管我们不能完全确定这种变化的样子。在巴布亚新几内亚的珊瑚礁上它们受到了天然二氧化碳渗漏的影响，大的卵石群落占据了这里，而纤细的分支形式也消失了，可能是因为它们的细树枝更容易溶解。这种变化也可能以不可预测的方式影响生活在珊瑚中的成千上万的生物，包括那些人类捕鱼和食用的生物。此外，酸化在珊瑚礁遭受的所有其他压力之上堆积，比如海水变暖(这对珊瑚礁造成了另一种威胁，称为珊瑚白化)、污染和过度捕捞。

一般来说，有壳的动物——包括贻贝、蛤、海胆和海星——会去造壳有困难吗在酸性更强的水中，就像珊瑚一样。预计到本世纪末，贻贝和牡蛎的外壳数量将分别减少25%和10%。海胆和海星还没有得到很好的研究，但它们用高镁方解石构建壳状部分这是一种碳酸钙，它的溶解速度比珊瑚使用的文石形式的碳酸钙还要快。这意味着这些生物的外壳更脆弱，增加了被碾碎或吃掉的机会。

然而，对这些生物的一些主要影响不仅仅是成虫造壳。贻贝的脚蹼在海浪拍击时紧贴岩石，这是出了名的，也坚持不住了在酸性水。与此同时，牡蛎的幼虫甚至不能开始长出它们的壳。在牡蛎出生的48小时内，它们的幼虫经历一个巨大的快速增长快速造壳，这样它们就可以开始进食。但酸性更强的海水在它们形成之前就已经侵蚀了它们的外壳;这已经已经造成大量牡蛎死亡位于美国太平洋西北部。

然而，这种巨大的失败并不是普遍的:研究发现，甲壳类动物(如龙虾、螃蟹和虾)长出更坚固的外壳在高酸度。这可能是因为它们的外壳构造不同。此外，一些物种可能已经适应了更高的酸度或有能力这样做，比如紫海胆．(尽管一项新的研究发现海胆幼虫有消化困难他们的食物酸度不足。)

当然，这些生物的消失会对食物链产生更大的影响，因为它们是许多其他动物的食物和栖息地。

本杰明·德拉蒙德和萨拉·斯蒂尔

有两种主要的浮游动物(微小的漂流动物)，它们的外壳是由碳酸钙构成的:有孔虫和翼足类动物．它们可能很小，但它们在海洋食物网中扮演着重要角色，因为几乎所有较大的生物都以浮游动物或其他以浮游动物为食的动物为食。它们对碳循环碳(如二氧化碳和碳酸钙)是如何在空气、陆地和海洋之间移动的。海洋含有世界上最多的主动循环碳，在储存碳方面也非常重要。当有壳的浮游动物(以及有壳的浮游植物)死亡并沉入海底时，它们携带着碳酸钙的贝壳，这些贝壳以岩石或沉积物的形式沉积下来，并储存在可预见的未来。这是一种重要的方式，从大气中去除二氧化碳，减缓温度上升造成的温室效应．

这些微生物繁殖如此之快，以至于它们可能比繁殖缓慢的大型动物更能适应酸性。然而，实验室和二氧化碳渗漏(pH值自然较低)实验发现，有孔虫不能很好地处理高酸度，因为它们的壳溶解迅速。一项研究甚至预测热带地区的有孔虫会在本世纪末灭绝吗．

翼足类动物的外壳是已经在南大洋中溶解在美国，更多的酸性水从深海上升到海面，加速了由人类排放的二氧化碳引起的酸化的影响。像珊瑚一样，这些海螺特别容易受到影响，因为它们的贝壳是由文石构成的，文石是一种微妙的碳酸钙形式，在海水中可溶性高出50%。

一个很大的未知数是酸化是否会影响水母人群。在这种情况下，人们担心的是他们会安然无恙地存活下来。水母与鱼类和其他捕食者(主要是较小的浮游动物)争夺食物，它们自己也吃小鱼。如果水母在温暖和酸性更强的环境中茁壮成长，而其他大多数生物则遭殃，这是有可能的水母将主宰某些生态系统欧宝体育稳不稳(这个问题已经在部分海域出现了)。

植物和许多藻类可以在酸性条件下茁壮成长。这些生物通过结合阳光和二氧化碳来获取能量，所以水中更多的二氧化碳对它们没有伤害，反而有帮助。

海草沿海岸形成浅水生态系统，作为许多大型鱼欧宝体育稳不稳类的托儿所，可以是数千种不同生物的家园。在酸性更强的实验室条件下，它们能够繁殖得更好，长得更高，根长得更深——这都是好事。然而，它们的减少是由于其他一些原因——尤其是污染流入沿海的海水——酸化的促进不太可能完全补偿这些其他压力造成的损失。

一些种类的藻类在更酸性的条件下生长得更好，二氧化碳的增加。但珊瑚藻但它们的生存状况并不好。大多数珊瑚藻的外壳是由碳酸钙的高镁方解石形式形成的，这种形式比文石或规则方解石形式更容易溶解。一项研究发现，在酸化条件下，珊瑚藻的覆盖面积减少了92%，为其他类型的非钙化藻类腾出了空间，哪一种会窒息和破坏珊瑚礁．这是双重糟糕的，因为许多珊瑚幼虫更喜欢沉淀到珊瑚藻类上，当他们准备离开浮游生物阶段并在珊瑚礁上启动寿命。

浮游植物(浮在水面上生长的单细胞藻类)的一个主要种类coccolithophores.,贝壳。早期的研究发现，像其他有壳动物一样，它们的壳变弱，容易受到伤害。但一个长期的研究让一个普通的颗石藻(Emiliania huxleyi)在更温暖、更酸性的环境中繁殖700代，历时约12个月，预计100年后将成为现实。这个种群能够适应，长出结实的外壳。这可能是因为它们只是需要更多的时间来适应，或者是因为不同物种甚至种群之间的适应不同。

虽然鱼类没有壳，但它们仍然会感受到酸化的影响。因为周围的水pH值较低，鱼的细胞经常通过吸收碳酸来与海水平衡。这会改变鱼血液的pH值，这种情况被称为酸中毒。

尽管那时的鱼与环境是和谐的，但发生在它体内的许多化学反应是可以改变的。pH值的微小变化就能对存活率产生巨大影响。例如，在人类中，血液pH值下降0.2-0.3会导致癫痫、昏迷甚至死亡。同样，鱼对pH值也很敏感，必须让身体超负荷运转，才能让化学反应恢复正常。为了做到这一点，它会燃烧额外的能量，通过鳃、肾和肠道将血液中多余的酸排出体外。这看起来可能不会消耗很多能量，但即使是一点点的增加，也会减少鱼用来处理其他任务的能量，比如消化食物、快速游动以逃脱捕食者或捕捉食物，以及繁殖。它还可以减缓鱼类的生长。

酸性稍强的水也会影响鱼的大脑。小丑鱼在正常情况下可以听到声音并避开吵闹的捕食者，但在酸性更强的水中，它们不要逃避威胁的声音．小丑鱼也会在离家较远的地方游荡有“气味”返回的困难吗．这可能是因为酸化会改变鱼的身体和大脑的pH值，从而改变大脑处理信息的方式。此外，军曹鱼(一种流行的野味鱼)长大耳石在酸性更强的水中，小耳骨会影响听觉和平衡，这可能会影响它们导航和躲避猎物的能力。虽然还有很多东西要学习，但这些发现表明，我们可能会看到酸化下动物行为的不可预测的变化。

不同鱼类对高酸度的适应能力各不相同，而什么样的品质会对特定鱼类有益或有害还不得而知。优势鱼类种类的变化可能对食物网和人类渔业产生重大影响。

地质学家通过挖掘地球的过去来研究酸化的潜在影响，那时海洋中的二氧化碳和温度与现在发现的情况相似。一种方法是学习核，土壤和岩石样品从地面到地壳中的深处取得深入，其中返回6500万年的层。来自深海的核心化学成分表明，由于地球最后经历了今天的高水平大气二氧化碳，因此已经3500万年。但要预测未来 - 地球在世纪末看起来像地质学家的内容必须再回顾一员又回覆了2000万年。

大约5580万年前，大量的二氧化碳被释放到大气中，温度上升了约9°F(5°C)，这一时期被称为古新世-始新世热极大期。科学家们还不知道为什么会发生这种情况，但有几种可能:剧烈的火山活动，海洋沉积物的分解，或大面积的火灾烧毁了森林、泥炭和煤炭。就像今天，深海的pH值随着二氧化碳的迅速上升而迅速下降，导致了一场突然的“溶解事件”，大量的贝壳海洋生物消失了，沉积物从最初的白色碳酸钙“白垩”变成了红棕色的泥浆。

再往前看大约3亿年，地质学家们看到了许多变化，这些变化与今天人类活动导致的海洋酸化有许多相似之处，包括珊瑚礁的近乎消失。然而，过去的任何事件都不能完美地模仿我们今天所看到的情况。主要的区别是，今天，CO₂水平正以前所未有的速度上升甚至比古新世-始新世热极大期还要快．

另一种研究海洋生物对酸性更强海水的反应的方法是进行受控的实验室实验。研究人员通常会将生物体放入不同pH值的水箱中，观察它们如何生存，以及它们是否能适应这种环境。他们不只是在寻找建造炮弹的能力;研究人员还研究了它们的行为、能量使用、免疫反应和繁殖成功。他们也观察同一物种的不同生命阶段，因为有时成虫很容易适应，但幼虫却不能，反之亦然。由于酸化并不是人类改变海洋的唯一途径，因此研究酸化与其他压力因素(如变暖和污染)的影响也很重要。

然而，在野外，这些藻类、植物和动物并不是孤立生活的:它们是许多生物群落的一部分。因此，一些研究人员在实验室中研究了酸化对物种间相互作用的影响，通常是在猎物和捕食者之间。结果可能很复杂。在酸性较强的海水中，一种名为长春花螺(Littorina littorea）构建一个较弱的外壳并避免了螃蟹的捕食者，但在这个过程中，也可能会花更少的时间寻找食物。无聊的海绵钻进入珊瑚骨骼和扇贝壳的速度更快。还有黑鳍小丑鱼的后期幼虫失去嗅觉捕食者和非捕食者之间的区别，甚至被捕食者吸引。

尽管目前海洋酸化的速度比过去(自然)事件时要高，但它仍然不是一次性发生的。因此，对酸化影响的短期研究可能无法揭示某些种群或物种适应海洋ph值下降的潜力。例如，深水珊瑚Lophelia pertusa在ph值下降的第一周，珊瑚维持其碳酸钙骨骼的能力显著下降。但在酸化海水中生活六个月后，珊瑚恢复了正常适应了新的情况并恢复了正常的增长率。

有一些地方分散在海洋中凉爽的CO₂——火山喷口喷出的富含水的气泡，降低了周围水域的pH值。科学家们研究这些不寻常的群落，寻找酸化海洋的线索。

在意大利海岸工作的研究人员比较了79种底栖无脊椎动物的能力定居在距离CO不同距离的地区₂通风口。对大多数物种来说，包括蠕虫、软体动物和甲壳类动物，越靠近喷口(水的酸性越强)，能够殖民或存活下来的个体数量就越少。藻类和需要大量碳酸钙的动物，如造礁珊瑚、蜗牛、藤本动物、海胆和珊瑚藻，在酸化的水中不存在或含量更低，而酸化的水中主要是海草和褐藻。只有一种，多毛类蠕虫Syllis prolifers，在pH值较低的水体中更为丰富。的二氧化碳渗入珊瑚礁的影响在巴布亚新几内亚也发生了戏剧性的变化，大型石珊瑚取代了复杂的分支形态，在一些地方，沙子、碎石和藻类床完全取代了珊瑚。

所有这些研究都提供了强有力的证据，表明酸化的海洋将与今天的海洋截然不同。一些物种将继续生存下去，而另一些物种将减少或灭绝——海洋的各种栖息地将不再提供我们所依赖的多样性。

在实验室中研究酸化的一个挑战是你一次只能观察几种物种。为了研究整个生态系统——包括酸欧宝体育稳不稳化之外的许多其他环境影响，包括变暖、污染和过度捕捞——科学家们需要在实地进行研究。

目前正在进行的最大的酸化试验是海洋酸化的生物影响(BIOACID)项目。来自五个欧洲国家的科学家们在瑞典Gullmar峡湾建造了10个“中尺度宇宙”——本质上是60英尺深的巨型试管，可容纳近15000加仑的水。在让浮游生物和其他微小生物漂浮或游动之后，研究人员密封了试管，并将其中一半的pH值降低到7.8，这是预计2100年的酸度。现在他们等着看生物体会作何反应以及它们是否能够适应。如果这是此类实验中的第一次，成功了，它可以在世界各地的不同海域重复。

2013年，大气中的二氧化碳超过400ppm——比过去100万年的任何时候都要高(甚至可能是2500万年)。二氧化碳的“安全”水平是350ppm左右，这是我们在1988年通过的一个里程碑。如果没有海洋的吸收，大气中的二氧化碳含量会更高，接近475 ppm。

要想降低这个数字，或者防止它上升到天文数字，最现实的方法是通过燃烧更少的化石燃料和寻找更多的碳汇，比如再生，来减少我们的碳排放红树林，海草床和沼泽，被称为蓝色碳．如果我们这样做，经过数十万年的时间，大气和海洋中的二氧化碳将会再次稳定下来。

即使我们现在停止发出所有碳，海洋酸化也不会立即结束。这是因为改变我们的排放和开始感受到效果之间存在滞后。有点像在开车时做一个短暂的停止：即使你猛拉制动器，汽车仍将在停止之前移动数十或数百英尺。排放量也发生了同样的事情，而不是停止移动车辆，气候将继续改变，大气将继续温暖，海洋将继续酸化。二氧化碳通常持续数百年;在海洋中，这种效果进一步扩增，因为更多的酸性海水在一个循环中与深水混合也持续了几百年．

我们可能会开发能够帮助我们更快地减少大气二氧化碳或海洋酸度的技术，而无需彻底减少碳排放。因为这种解决方案需要我们故意操纵行星系统和生物圈（无论是通过大气，海洋，或其他自然系统），这些解决方案在标题“GeoEngineering”下分组。

二氧化碳增加的主要影响是地球变暖。一些地球工程方案通过各种方式反射阳光来解决这个问题，从而将多余的热量从大气层反射回太空。这可以通过向高空释放微粒它的作用就像微小的反射镜，甚至把巨大的反射镜放到轨道上!然而，这种解决方案并没有去除大气中的二氧化碳，而且这些二氧化碳会继续溶解到海洋中，导致酸化。

另一个想法是通过生长更多的生物来清除大气中的二氧化碳，这些生物就是浮游植物。向海洋中添加铁或其他肥料可能导致人工浮游植物大量繁殖。这些浮游植物会从大气中吸收二氧化碳，然后，在死后，沉入海底并将其困在深海中。然而，目前还不清楚这将如何影响依赖浮游植物的海洋食物网，或者这是否会导致深海本身变得更酸。

尽管海洋似乎离你的家门很远，但你可以在生活中和家里做一些事情来帮助减缓海洋酸化和二氧化碳排放。

你能做的最好的事情就是尝试和降低每天使用的二氧化碳。尝试通过回收来降低家中的能源使用，关闭未使用的灯，步行或骑自行车的短距离而不是使用公共交通，并支持清洁能源，如太阳能，风和地热力。即使是检查轮胎压力的简单行为（或要求您的父母检查他们）也可以降低气体消耗并减少碳足迹。（在这里计算你的碳足迹．）

你能做的最重要的事情之一就是告诉你的朋友和家人海洋酸化的情况。因为科学家们只是最近才注意到这个大问题，很多人仍然不知道它正在发生。所以说说吧!告诉你的同学、同事和朋友酸化将如何影响这些神奇的海洋动物，它们为全世界数十亿人提供食物、收入和美丽。