极其严重：酸性海洋和我们必须做什么

海洋基金会主席 Mark J. Spalding

上周我在加利福尼亚州蒙特雷参加 第三届高二氧化碳世界中的海洋国际研讨会, 这是同时 蓝色海洋电影节 在隔壁的酒店（但这完全是另一回事）。 在研讨会上，我与数百名其他与会者一起了解了当前的知识状况和潜在解决方案，以解决二氧化碳 (CO2) 升高对我们海洋健康和海洋生物的影响。 我们称其后果为海洋酸化，因为我们海洋的 pH 值越来越低，因此酸性越来越强，这对我们所知的海洋系统具有重大的潜在危害。

海洋酸化

2012 年高二氧化碳会议与 2 年在摩纳哥举行的第二次会议相比有了巨大的飞跃。代表 2 个国家的 2008 多名与会者和 500 名发言人齐聚一堂，讨论手头的问题。 它包括第一个主要的社会经济研究。 而且，虽然主要关注点仍然是海洋生物有机体对海洋酸化的反应以及这对海洋系统意味着什么，但每个人都同意我们对影响和潜在解决方案的了解在过去四年中有了很大的进步。

就我而言，当一位又一位科学家介绍海洋酸化 (OA) 的科学史、关于 OA 的科学知识现状的信息，以及我们对生态系统和经济后果的细节的初步了解时，我感到非常惊讶更温暖的海洋，酸性更强，含氧量更低。

正如瑞典克里斯汀贝格 Sven Lovén 海洋科学中心的 Sam Dupont 博士所说：

我们知道什么？

海洋酸化是真实的
它直接来自我们的碳排放
它发生得很快
影响是肯定的
灭绝是肯定的
它已经在系统中可见
改变将会发生

热、酸、喘不过气来，都是同一种病的症状。

特别是与其他疾病合并时，OA 成为主要威胁。

我们可以期待很多可变性，以及积极和消极的结转效应。

有些物种会在 OA 下改变行为。

我们知道足以采取行动

我们知道一场重大的灾难性事件即将来临

我们知道如何预防

我们知道我们不知道的

我们知道我们需要做什么（在科学上）

我们知道我们将专注于什么（带来解决方案）

但是，我们应该为惊喜做好准备； 我们已经完全扰乱了系统。

杜邦博士以一张他两个孩子的照片结束了他的评论，并附上了强有力且引人注目的两句话声明：

我不是活动家，我是科学家。 但是，我也是一个负责任的父亲。

2 年发表了关于海洋中 CO1974 积累可能具有“可能的灾难性生物后果”的第一个明确声明（Whitfield，M. 1974。大气和海洋中化石 CO2 的积累。 自然 247:523-525.). 四年后，即 1978 年，建立了化石燃料与海洋中二氧化碳检测的直接联系。 2 年至 1974 年间，大量研究开始证明海洋碱度的实际变化。 最后，在 1980 年，海洋酸化 (OA) 的幽灵被整个科学界所接受，并且举办了第一届高二氧化碳研讨会。

第二年春天，海洋资助者在蒙特雷举行的年度会议上听取了简报，其中包括实地考察蒙特雷湾水族馆研究所 (MBARI) 的一些前沿研究。 我应该指出，尽管每个人似乎都记得在中学科学课堂上使用石蕊试纸测试液体，但我们大多数人都不得不被提醒 pH 标度的含义。 幸运的是，专家们愿意解释 pH 范围是从 0 到 14，其中 7 为中性。 pH值越低，意味着碱度越低，或酸度越高。

在这一点上，很明显早期对海洋 pH 值的兴趣已经产生了一些具体结果。 我们有一些可靠的科学研究告诉我们，随着海洋 pH 值下降，一些物种会繁衍生息，一些物种会生存，一些物种会被取代，还有许多物种会灭绝（预期的结果是生物多样性丧失，但生物量得以维持）。 这个广泛的结论是实验室实验、野外暴露实验、自然高二氧化碳位置的观察以及对历史上以前的 OA 事件的化石记录的研究的结果。

我们从过去的海洋酸化事件中了解到的情况

虽然我们可以看到自工业革命以来 200 年间海洋化学和海洋海面温度的变化，但我们需要及时回溯更远的时间来进行对照比较（但不能回溯太久）。 因此，前寒武纪时期（地球地质历史的前 7/8 秒）已被确定为唯一良好的地质类比（如果没有其他原因只是相似物种）并且包括一些 pH 值较低的时期。 这些之前的时期经历了类似的高二氧化碳世界，pH值较低，氧气含量较低，海面温度较高。

然而，历史记录中没有任何东西能与我们的相比 当前变化率 pH值或温度。

最后一次剧烈的海洋酸化事件被称为 PETM，或古新世-始新世极热事件，它发生在 55 万年前，是我们最好的比较。 它发生得很快（大约 2,000 年），持续了 50,000 年。 我们对此有强有力的数据/证据——因此科学家们将其用作我们对大量碳释放的最佳可用模拟。

然而，它并不是一个完美的模拟。 我们以 petagrams 为单位衡量这些释放。 PgC 是碳的拍克数：1 拍克 = 1015 克 = 1 亿公吨。 PETM 代表了 3,000 PgC 在几千年内被释放的时期。 重要的是过去 270 年（工业革命）的变化率，因为我们已将 5,000 PgC 的碳排放到我们星球的大气层中。 这意味着当时的发布是 1 PgC y-1，而工业革命是 9 PgC y-1。 或者，如果你只是像我这样的国际法专家，这可以转化为一个严酷的现实，即我们在不到三个世纪的时间里所做的事情是 10时代更糟 而不是导致 PETM 海洋灭绝事件的原因。

PETM 海洋酸化事件导致全球海洋系统发生重大变化，包括一些物种灭绝。 有趣的是，科学表明总生物量大致保持不变，甲藻大量繁殖和类似事件抵消了其他物种的损失。 总的来说，地质记录显示了范围广泛的后果：大量繁殖、灭绝、周转、钙化变化和侏儒症。 因此，即使变化率比我们目前的碳排放率慢得多，OA 也会引起显着的生物反应。 但是，因为它要慢得多，“未来是大多数现代生物进化史上的未知领域。”

因此，这一人为 OA 事件的影响力很容易超过 PETM。 并且，我们应该期望看到变化发生的方式发生变化，因为我们已经扰乱了系统。 翻译：期待惊喜。

生态系统和物种反应

海洋酸化和温度变化都有二氧化碳 (CO2) 作为驱动因素。 而且，虽然它们可以交互，但它们并不是并行运行的。 pH 值的变化更线性，偏差更小，并且在不同的地理空间中更均匀。 温度的变化要大得多，偏差很大，并且在空间上变化很大。

温度是海洋变化的主要驱动力。 因此，变化导致物种分布在它们可以适应的范围内发生变化也就不足为奇了。 我们必须记住，所有物种的适应能力都是有限的。 当然，有些物种仍然比其他物种更敏感，因为它们生长的温度范围更窄。 而且，与其他压力源一样，极端温度会增加对高二氧化碳影响的敏感性。

路径看起来像这样：

二氧化碳排放量 → OA → 生物物理影响 → 生态系统服务的丧失 （例如珊瑚礁死亡，不再阻止风暴潮）→ 社会经济影响 （当风暴潮摧毁城镇码头时）

同时注意到，随着人口增长和收入（财富）增加，对生态系统服务的需求也在上升。

为了查看效果，科学家们研究了各种缓解方案（不同的 pH 值变化率）与维持现状相比，这有以下风险：

简化多样性（高达 40%），从而降低生态系统质量
对丰度影响很小或没有影响
各种物种的平均大小减少了 50%
OA 导致钙化物（结构由钙基材料形成的生物体）失去主导地位：

完全依赖一定 pH 值的水生存的珊瑚没有生存希望（对于冷水珊瑚，温度升高会加剧这个问题）；
腹足动物（薄壳海蜗牛）是最敏感的软体动物；
这对带有外骨骼的水生无脊椎动物有很大的影响，包括各种软体动物、甲壳类动物和棘皮动物（想想蛤蜊、龙虾和海胆）
在这一类物种中，节肢动物（如虾）的情况并没有那么糟糕，但有明显的衰退信号

其他无脊椎动物适应速度更快（如水母或蠕虫）
鱼，不多，鱼也可能没有地方迁徙（例如在澳大利亚东南部）
可能依靠消耗二氧化碳茁壮成长的海洋植物取得了一些成功
一些进化可以在相对较短的时间尺度内发生，这可能意味着希望
不太敏感的物种或物种内的种群从 pH 耐受性的固定遗传变异中进行进化拯救（我们可以从育种实验中看到这一点；或从新突变（很少见））

因此，关键问题仍然存在：哪些物种会受到 OA 的影响？ 我们很清楚答案：双壳类动物、甲壳类动物、钙化动物的捕食者，以及一般的顶级捕食者。 不难想象，仅对贝类、海鲜和潜水旅游业造成的财务后果会有多严重，更不用说供应商和服务网络中的其他行业了。 面对问题的严重性，很难专注于解决方案。

我们的回应应该是什么

二氧化碳浓度升高是（疾病的）根本原因[但就像吸烟一样，让吸烟者戒烟非常困难]

我们必须治标[高血压、肺气肿]
我们必须减少其他压力源 [减少饮酒和暴饮暴食]

减少海洋酸化的源头需要在全球和地方范围内持续努力减少源头。 全球二氧化碳排放是全球海洋酸化的最大驱动力，因此我们必须减少它们。 来自点源、非点源和自然资源的本地添加的氮和碳可以通过创造进一步加速 pH 值降低的条件来加剧海洋酸化的影响。 当地空气污染（特别是二氧化碳、氮和硫氧化物）的沉积也可能导致 pH 值降低和酸化。 局部行动可以帮助减缓酸化的速度。 因此，我们需要量化导致酸化的关键人为和自然过程。

以下是解决海洋酸化问题的近期优先行动项目。

1. 迅速显着减少全球二氧化碳排放量，以缓解和扭转海洋酸化。
2. 限制从小型和大型现场污水处理系统、市政污水设施和农业进入海水的营养物排放，从而限制海洋生物的压力源以支持适应和生存。
3. 实施有效的清洁水监测和最佳管理实践，以及修订现有和/或采用新的水质标准，使其与海洋酸化相关。
4. 研究贝类和其他脆弱海洋物种的海洋酸化耐受性选育。
5. 识别、监测和管理海洋酸化潜在避难所中的海洋水域和物种，使它们能够承受并发的压力。
6. 了解水化学变量与贝类在孵化场和自然环境中的生产和生存之间的关系，促进科学家、管理人员和贝类养殖者之间的合作。 并且，当监测表明低 pH 水的峰值威胁到敏感栖息地或贝类行业运营时，建立紧急警报和响应能力。
7. 恢复海草、红树林、沼泽草等，它们会吸收和固定海水中溶解的碳，并局部防止（或减缓）这些海水 pH 值的变化
8. 教育公众了解海洋酸化问题及其对海洋生态系统、经济和文化的影响

好消息是所有这些方面都在取得进展。 在全球范围内，成千上万的人正在努力减少国际、国家和地方各级的温室气体排放（包括二氧化碳）（第 2 项）。 而且，在美国，第 1 项是由我们在海洋保护协会的朋友协调的非政府组织联盟的主要关注点。 对于第 8 项，TOF 主机 我们自己努力恢复受损的海草草地. 但是，在第 2-7 项令人兴奋的进展中，我们正在与四个沿海州的主要州决策者合作，制定、分享和引入旨在解决 OA 问题的立法。 海洋酸化对华盛顿和俄勒冈州沿海水域的贝类和其他海洋生物的现有影响在许多方面激发了行动。

会议上的所有发言人都明确表示需要更多信息——尤其是关于 pH 值快速变化的地方、哪些物种将能够繁衍生息、生存或适应，以及正在发挥作用的地方和区域战略。 与此同时，我们得到的教训是，尽管我们并不知道关于海洋酸化的所有想知道的事情，但我们可以而且应该采取措施减轻其影响。 我们将继续与我们的捐助者、顾问和 TOF 社区的其他成员合作，以支持解决方案。