極其嚴重：酸性海洋和我們必須做的事

海洋基金會主席 Mark J. Spalding

上週我在加利福尼亞州蒙特雷參加 第三屆高二氧化碳世界中的海洋國際研討會, 這是同時 藍色海洋電影節 在隔壁的酒店（但這完全是另一回事）。 在研討會上，我與數百名其他與會者一起了解了當前的知識狀況和潛在解決方案，以解決二氧化碳 (CO2) 升高對我們海洋健康和海洋生物的影響。 我們稱其後果為海洋酸化，因為我們海洋的 pH 值越來越低，因此酸性越來越強，這對我們所知的海洋系統具有重大的潛在危害。

海洋酸化

2012 年高二氧化碳會議與 2 年在摩納哥舉行的第二次會議相比有了巨大的飛躍。代表 2 個國家的 2008 多名與會者和 500 名發言人齊聚一堂，討論手頭的問題。 它包括第一個主要的社會經濟研究。 而且，雖然主要關注點仍然是海洋生物有機體對海洋酸化的反應以及這對海洋系統意味著什麼，但每個人都同意我們對影響和潛在解決方案的了解在過去四年中有了很大的進步。

就我而言，當一位又一位科學家介紹海洋酸化 (OA) 的科學史、關於 OA 的科學知識現狀的信息，以及我們對生態系統和經濟後果的細節的初步了解時，我感到非常驚訝更溫暖的海洋，酸性更強，含氧量更低。

正如瑞典克里斯汀貝格 Sven Lovén 海洋科學中心的 Sam Dupont 博士所說：

我們知道什麼

海洋酸化是真實的
它直接來自我們的碳排放
它發生得很快
影響是肯定的
滅絕是肯定的
它已經在系統中可見
改變將會發生

熱、酸、喘不過氣來，都是同一種病的症狀。

特別是與其他疾病合併時，OA 成為主要威脅。

我們可以期待很多可變性，以及積極和消極的結轉效應。

有些物種會在 OA 下改變行為。

我們知道足以採取行動

我們知道一場重大的災難性事件即將來臨

我們知道如何預防

我們知道我們不知道的

我們知道我們需要做什麼（在科學上）

我們知道我們將專注於什麼（帶來解決方案）

但是，我們應該為驚喜做好準備； 我們已經完全擾亂了系統。

杜邦博士以一張他兩個孩子的照片結束了他的評論，並附上了強有力且引人注目的兩句話聲明：

我不是活動家，我是科學家。 但是，我也是一個負責任的父親。

2 年發表了關於海洋中 CO1974 積累可能具有“可能的災難性生物後果”的第一個明確聲明（Whitfield，M. 1974。大氣和海洋中化石 CO2 的積累。 自然 247:523-525.). 四年後，即 1978 年，建立了化石燃料與海洋中二氧化碳檢測的直接聯繫。 2 年至 1974 年間，大量研究開始證明海洋鹼度的實際變化。 最後，在 1980 年，海洋酸化 (OA) 的幽靈被整個科學界所接受，並且舉辦了第一屆高二氧化碳研討會。

第二年春天，海洋資助者在蒙特雷舉行的年度會議上聽取了簡報，其中包括實地考察蒙特雷灣水族館研究所 (MBARI) 的一些前沿研究。 我應該指出，儘管每個人似乎都記得在中學科學課堂上使用石蕊試紙測試液體，但我們大多數人都不得不被提醒 pH 標度的含義。 幸運的是，專家們願意解釋 pH 範圍是從 0 到 14，其中 7 為中性。 pH值越低，意味著鹼度越低，或酸度越高。

在這一點上，很明顯早期對海洋 pH 值的興趣已經產生了一些具體結果。 我們有一些可靠的科學研究告訴我們，隨著海洋 pH 值下降，一些物種會繁衍生息，一些物種會生存，一些物種會被取代，還有許多物種會滅絕（預期的結果是生物多樣性喪失，但生物量得以維持）。 這個廣泛的結論是實驗室實驗、野外暴露實驗、自然高二氧化碳位置的觀察以及對歷史上以前的 OA 事件的化石記錄的研究的結果。

我們從過去的海洋酸化事件中了解到的情況

雖然我們可以看到自工業革命以來 200 年間海洋化學和海洋海面溫度的變化，但我們需要及時回溯更遠的時間來進行對照比較（但不能回溯太久）。 因此，前寒武紀時期（地球地質歷史的前 7/8 秒）已被確定為唯一良好的地質類比（如果沒有其他原因只是相似物種）並且包括一些 pH 值較低的時期。 這些之前的時期經歷了類似的高二氧化碳世界，pH值較低，氧氣含量較低，海面溫度較高。

然而，歷史記錄中沒有任何東西能與我們的相比 當前變化率 pH值或溫度。

最後一次劇烈的海洋酸化事件被稱為 PETM，或古新世-始新世極熱事件，它發生在 55 萬年前，是我們最好的比較。 它發生得很快（大約 2,000 年），持續了 50,000 年。 我們對此有強有力的數據/證據——因此科學家們將其用作我們對大量碳釋放的最佳可用模擬。

然而，它並不是一個完美的模擬。 我們以 petagrams 為單位衡量這些釋放。 PgC 是碳的拍克數：1 拍克 = 1015 克 = 1 億公噸。 PETM 代表了 3,000 PgC 在幾千年內被釋放的時期。 重要的是過去 270 年（工業革命）的變化率，因為我們已將 5,000 PgC 的碳排放到我們星球的大氣層中。 這意味著當時的發布是 1 PgC y-1，而工業革命是 9 PgC y-1。 或者，如果你只是像我這樣的國際法專家，這可以轉化為一個嚴酷的現實，即我們在不到三個世紀的時間裡所做的事情是 10時間更糟 而不是導致 PETM 海洋滅絕事件的原因。

PETM 海洋酸化事件導致全球海洋系統發生重大變化，包括一些物種滅絕。 有趣的是，科學表明總生物量大致保持不變，甲藻大量繁殖和類似事件抵消了其他物種的損失。 總的來說，地質記錄顯示了範圍廣泛的後果：大量繁殖、滅絕、周轉、鈣化變化和侏儒症。 因此，即使變化率比我們目前的碳排放率慢得多，OA 也會引起顯著的生物反應。 但是，因為它要慢得多，“未來是大多數現代生物進化史上的未知領域。”

因此，這一人為 OA 事件的影響力很容易超過 PETM。 並且，我們應該期望看到變化發生的方式發生變化，因為我們已經擾亂了系統。 翻譯：期待驚喜。

生態系統和物種反應

海洋酸化和溫度變化都有二氧化碳 (CO2) 作為驅動因素。 而且，雖然它們可以交互，但它們並不是並行運行的。 pH 值的變化更線性，偏差更小，並且在不同的地理空間中更均勻。 溫度的變化要大得多，偏差很大，並且在空間上變化很大。

溫度是海洋變化的主要驅動力。 因此，變化導致物種分佈在它們可以適應的範圍內發生變化也就不足為奇了。 我們必須記住，所有物種的適應能力都是有限的。 當然，有些物種仍然比其他物種更敏感，因為它們生長的溫度範圍更窄。 而且，與其他壓力源一樣，極端溫度會增加對高二氧化碳影響的敏感性。

路徑看起來像這樣：

二氧化碳排放量 → OA → 生物物理影響 → 生態系統服務的喪失 （例如珊瑚礁死亡，不再阻止風暴潮）→ 社會經濟影響 （當風暴潮摧毀城鎮碼頭時）

同時注意到，隨著人口增長和收入（財富）增加，對生態系統服務的需求也在上升。

為了查看效果，科學家們研究了各種緩解方案（不同的 pH 值變化率）與維持現狀相比，這有以下風險：

簡化多樣性（高達 40%），從而降低生態系統質量
對豐度影響很小或沒有影響
各種物種的平均大小減少了 50%
OA 導致鈣化物（結構由鈣基材料形成的生物體）失去主導地位：

完全依賴一定 pH 值的水生存的珊瑚沒有生存希望（對於冷水珊瑚，溫度升高會加劇這個問題）；
腹足動物（薄殼海蝸牛）是最敏感的軟體動物；
這對帶有外骨骼的水生無脊椎動物有很大的影響，包括各種軟體動物、甲殼類動物和棘皮動物（想想蛤蜊、龍蝦和海膽）
在這一類物種中，節肢動物（如蝦）的情況並沒有那麼糟糕，但有明顯的衰退信號

其他無脊椎動物適應速度更快（如水母或蠕蟲）
魚，不多，魚也可能沒有地方遷徙（例如在澳大利亞東南部）
可能依靠消耗二氧化碳茁壯成長的海洋植物取得了一些成功
一些進化可以在相對較短的時間尺度內發生，這可能意味著希望
不太敏感的物種或物種內的種群從 pH 耐受性的固定遺傳變異中進行進化拯救（我們可以從育種實驗中看到這一點；或從新突變（很少見））

因此，關鍵問題仍然存在：哪些物種會受到 OA 的影響？ 我們很清楚答案：雙殼類動物、甲殼類動物、鈣化動物的捕食者，以及一般的頂級捕食者。 不難想像，僅對貝類、海鮮和潛水旅遊業造成的財務後果會有多嚴重，更不用說供應商和服務網絡中的其他行業了。 面對問題的嚴重性，很難專注於解決方案。

我們的回應應該是什麼

二氧化碳濃度升高是（疾病的）根本原因[但就像吸煙一樣，讓吸煙者戒菸非常困難]

我們必須治標[高血壓、肺氣腫]
我們必須減少其他壓力源 [減少飲酒和暴飲暴食]

減少海洋酸化的源頭需要在全球和地方範圍內持續努力減少源頭。 全球二氧化碳排放是全球海洋酸化的最大驅動力，因此我們必須減少它們。 來自點源、非點源和自然資源的本地添加的氮和碳可以通過創造進一步加速 pH 值降低的條件來加劇海洋酸化的影響。 當地空氣污染（特別是二氧化碳、氮和硫氧化物）的沉積也可能導致 pH 值降低和酸化。 局部行動可以幫助減緩酸化的速度。 因此，我們需要量化導致酸化的關鍵人為和自然過程。

以下是解決海洋酸化問題的近期優先行動項目。

1. 迅速顯著減少全球二氧化碳排放量，以緩解和扭轉海洋酸化。
2. 限制從小型和大型現場污水處理系統、市政污水設施和農業進入海水的營養物排放，從而限制海洋生物的壓力源以支持適應和生存。
3. 實施有效的清潔水監測和最佳管理實踐，以及修訂現有和/或採用新的水質標準，使其與海洋酸化相關。
4. 研究貝類和其他脆弱海洋物種的海洋酸化耐受性選育。
5. 識別、監測和管理海洋酸化潛在避難所中的海洋水域和物種，使它們能夠承受並發的壓力。
6. 了解水化學變量與貝類在孵化場和自然環境中的生產和生存之間的關係，促進科學家、管理人員和貝類養殖者之間的合作。 並且，當監測表明低 pH 水的峰值威脅到敏感棲息地或貝類行業運營時，建立緊急警報和響應能力。
7. 恢復海草、紅樹林、沼澤草等，它們會吸收和固定海水中溶解的碳，並局部防止（或減緩）這些海水 pH 值的變化
8. 教育公眾了解海洋酸化問題及其對海洋生態系統、經濟和文化的影響

好消息是所有這些方面都在取得進展。 在全球範圍內，成千上萬的人正在努力減少國際、國家和地方各級的溫室氣體排放（包括二氧化碳）（第 2 項）。 而且，在美國，第 1 項是由我們在海洋保護協會的朋友協調的非政府組織聯盟的主要關注點。 對於第 8 項，TOF 主機 我們自己努力恢復受損的海草草地. 但是，在第 2-7 項令人興奮的進展中，我們正在與四個沿海州的主要州決策者合作，制定、分享和引入旨在解決 OA 問題的立法。 海洋酸化對華盛頓和俄勒岡州沿海水域的貝類和其他海洋生物的現有影響在許多方面激發了行動。

會議上的所有發言人都明確表示需要更多信息——尤其是關於 pH 值快速變化的地方、哪些物種將能夠繁衍生息、生存或適應，以及正在發揮作用的地方和區域戰略。 與此同時，我們得到的教訓是，儘管我們並不知道關於海洋酸化的所有想知道的事情，但我們可以而且應該採取措施減輕其影響。 我們將繼續與我們的捐助者、顧問和 TOF 社區的其他成員合作，以支持解決方案。