氣候變遷的新課題 海洋酸化
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隨著氣候變遷成為顯學，許多相關的議題已經獲得充分討論，例如：極端氣候、熱帶性
疾病蔓延、生物多樣性喪失等等。但也有一些議題是近年才逐漸躍上檯面，有賴科學家持
續蒐集更多科學證據並思考對策，「海洋酸化」即是這樣的一個課題。然而不幸的是，海
洋酸化的影響可能極為嚴重，目前的熱帶珊瑚會失去造礁能力，而海洋生態系也將有劇烈
改變。
二氧化碳進入海洋
因為燃燒化石燃料，人類每年排放大量的二氧化碳到大氣中，其中約有三分之一到四分
之一會被海洋吸納，這意味著海洋是地球目前最大的碳匯所在。海洋吸收二氧化碳的機制
主要基於海洋物理效應，將二氧化碳從大氣拉進海水並溶解其中。海洋生物也有吸碳能力
，但相對前者而言則顯得微不足道。
大氣中的二氧化碳進入海水中，則會產生一些化學效應。首先，溶解於水中的二氧化碳
和水分子會產生碳酸，而碳酸會解離成氫離子與碳酸氫根，誠如以下方程式A。
[方程式A]
C02+H2O→H+ +HCO2-
接著，部分氫離子會和碳酸根結合，再成為碳酸氫根，即方程式B。另一方面，二氧化
碳與水也會拉進碳酸根，變成碳酸，亦即方程式C。
[方程式B]
H+ + CO3 2- → HCO2-
[方程式C]
CO2 + H2O + CO3 2- → 2 HCO3-
氫離子大爆發
所謂pH值指的是溶液中氫離子的濃度，海水中現在多了這麼多的氫離子，使得海水的pH
值下降，科學家稱為「海洋酸化」(Ocean Acidification)，但其實海水仍屬於弱鹼性。
全球海水的pH值並不平均，約在8.0-8.4之間，工業革命以前的海水表層平均值約為8.2，
目前海洋的pH值已下降了0.1，到8.1左右。這數字看來或許微不足道，但pH指數是以對數
計算，降低0.1便相當於氫離子濃度上升26%。科學家預估，到了21世紀末，pH值會降低
0.3-0.4 (7.8-7.9)，亦即水中氫離子較工業革命前增加了100-150%。這種酸化的速度是
過去2千萬年來的100倍。
受到酸化衝擊最大的，是生長過程中會形成碳酸鈣骨骼或外殼的海中生物。牠們死亡後
，碳酸鈣會隨之沉積在海底，成為碳匯的一種形式。這些鈣化生物除了台灣人熟知的牡蠣
、造礁珊瑚、螺貝類之外，還包括石灰藻與浮游生物中的有孔蟲與有殼翼足亞目。鈣化是
種複雜的生化反應，主要是生物從海水中引進鈣離子與碳酸根離子來分泌碳酸鈣，以下的
方程式D是簡化後的概念：
[方程式D]
Ca2+ + CO3 2- →CaCO3
圖／軟體動物門中的有殼翼足亞目也被稱為海蝴蝶，分布廣泛，是眾多海洋動物的食物，
但牠們將因海洋酸化而飽受威脅。(照片由NOAA上傳Flickr共享)
碳酸根爭奪戰
海中pH值下降時，由於方程式B與C對碳酸根的需求，水中碳酸根濃度也隨之降低，這使
得鈣化生物必須和碳酸競爭碳酸根，因而造成幾個問題。第一，生物必須花更大的力氣去
搶下碳酸根，反而犧牲了用來成長的能量，體型將變得更為弱小。第二，鈣化生物搶不到
碳酸根，因此無法長成骨骼或外殼，譬如，珊瑚蟲無法再造礁。
第三個問題比較難解釋。當碳酸鈣往海底沉降時，愈往深海壓力愈大、溫度愈低，溶解
度就會變大，超過一個臨界點後碳酸鈣便會溶解，這狀態稱之為「不飽和」。但在淺海中
有眾多鈣化生物生成碳酸鈣，鈣化速度超過了溶解速度，碳酸鈣屬於「過飽和」，是種相
對穩定狀態。如今由於碳酸根濃度下降，這使得淺海逐漸變得不飽和，也就有可能讓碳酸
鈣開始溶解。這樣一來，鈣化生物將逐漸失去骨骼或外殼，導致牠們易受捕食或死亡。
天翻地覆的海洋
所以說，海洋酸化會帶給所有鈣化生物非常難熬的未來。包括造礁珊瑚、浮游生物，與
人類養殖與捕獲的各種貝類，絕大多數都生存在淺海。浮游生物位居海洋食物鏈的底層，
而珊瑚礁則是孕育多樣生物的海中熱帶雨林，一旦這些物種大量減少，絕對令海洋生態不
復以往。而隨之下滑的漁業資源質量，也將衝擊全世界的漁業、水產加工及養殖的從業人
員與其家庭、社區。
儘管我們已經明白有海洋酸化這件事情，然而對於科學家而言，這個領域仍有太多問題
有待研究，例如，是否能種植海藻來吸收二氧化碳，或是添加什麼東西來增加碳酸根離子
，而未來的海洋生態會變成什麼樣子？回到問題的本質，海洋酸化最重要的根源，依舊是
人類社會每天排放到大氣中的二氧化碳。因此，要減緩海洋持續酸化，首要之務還是要我
們切實邁向低碳社會。以潔淨能源與節能減碳來換取世世代代豐美的珊瑚礁生態，怎麼想
都非常划算吧！
【參考資料】
(*1) BBC-Acid oceans http://news.bbc.co.uk/2/hi/science/nature/7933589.stm
(*2) NRDC-Ocean Acidification: The Other CO2 Problem:
http://www.nrdc.org/oceans/acidification/
(*3) 海洋酸化常見問題與解答:
http://www.whoi.edu/fileserver.do?id=60806&pt=2&p=69346
(*4)USGS:Ocean Acidification
http://coastal.er.usgs.gov/ocean-acidification/index.html
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