海洋酸化

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英國研究人員發現，空氣中二氧化碳含量增加將使得海水酸性變強，照此發展下去，海洋中的小丑魚在本世紀末很可能失聰。  

聯合國教科文組織最近發表公報說，該組織下屬政府間海洋學委員會日前與國際原子能機構等在摩納哥舉辦海洋酸化研討會。與會專家認為，由於吸收了過多的二氧化碳，海洋正在以前所未有的速度酸化。近20%的珊瑚礁幾近死亡，太平洋中的牡蠣減少，精靈剔透的小丑魚“失聰”……這些慘劇都與海洋酸化有關，此外，海洋酸化已經威脅到了海洋生態系統和幾千萬人的生計。  

什麼是海洋酸化？海洋是怎樣吸收二氧化碳的？這種能力的下降會帶來怎樣的影響？我們還能做哪些努力？

吸收二氧化碳，海洋好像一塊巨大的海綿   

人們通常都將海洋比作一塊巨大的海綿，因為它會吸收大氣中的大量二氧化碳，吸收量可達全球人體二氧化碳總排放量的1/4。但一旦“海綿”吸收飽和時，它就會對海洋生物的平衡系統造成輕微的破壞。如果放任局勢這樣發展下去，地球上所有生命的未來最終都將會面臨著巨大的威脅。  

海洋吸收二氧化碳的過程其實並不神秘：海水本為微鹼性，但如今每年人類排放數十億噸二氧化碳，其中1/3或1/4會被海洋吸收，持續吸收的二氧化碳會使代表海水中酸性強度的指標氫離子增加，隨著氫離子增多，海水的微鹼性狀態減弱，酸度增加，海水中碳酸鹽離子濃度隨之降低，這導致碳酸鈣鈣化速率降低。  

酸鹼度一般用pH值0—14來表示，pH0代表酸性最強，pH14代表鹼性最強。蒸餾水的pH值為7，代表中性。海水應為弱鹼性，海洋表層水的pH值約為8.2。目前，過多地排放已將海水錶層pH值降低了0.1。如同里氏震級一樣，pH值也是對數增長，所以數字上很小的變化就會表現出很大的影響。 pH值下降0.1表示海水的酸度已經提高了30%。如果持續下去，到2100年海水錶層酸度將下降到7.8，到那時海水酸度將比1800年高150%。

海洋正以不可想像的速度​​變酸

聯合國教科文組織16日發表公報說，該組織下屬政府間海洋學委員會日前與國際原子能機構等在摩納哥舉辦海洋酸化研討會，與會專家認為，由於吸收了過多的二氧化碳，海洋正在以前所未有的速度酸化，這一現像已經威脅到了海洋生態系統和幾千萬人的生計。研討會主席、國際原子能機構專家詹姆斯·奧爾說，海洋已經“生病了”，雖然人們還不知道病情嚴重到了什麼程度，但已經有越來越多的證據表明，海洋的化學成分正在改變，這種趨勢將影響到海洋中的生物。  中科院南海海洋研究所海洋地質專家張喬民在接受媒體採訪時表示，工業時代以來，燃燒煤等原料產生了大量二氧化碳，海水正在以不可想像的速度變酸。張教授介紹，相比起工業革命前，如今，表層海水全球平均酸鹼度(pH值)已經降低了0.1個單位。雖然只是0.1，對海洋生物帶來的影響卻是很大的。變酸的海水會侵蝕珊瑚礁，導致一些魚類無家可歸。  

據美國《國家地理》雜誌報導，到目前為止產生的海水酸化基本是不可逆的。雖然理論上說可以向海洋中添加化學製劑以中和多餘的CO2的影響，但從實際操作層面上說需要的劑量多到讓人乍舌。舉例來說，要中和一噸CO2，需要用兩噸石灰，目前世界每年排放的CO2超過300億噸。同時，像岩石風化這樣的自然中和作用在人類文明史中產生的作用基本看不到。即使從現在開始完全停止CO2的排放，要想通過海洋的化學反應恢復到工業革命之前的酸度也需要幾萬年。  

這個變化源於人類大量排放二氧化碳等溫室氣體，而二氧化碳溶於海水就會使海水酸化。聯合國政府間氣候變化專門委員會曾估計，到本世紀末海水的pH值可能會下降到7.8，還有一些專家認為情況可能更加嚴重。

珊瑚礁消失，海洋生態系統受重創   
海洋酸化已經是不可逆轉的實施，而這究竟會造成怎樣的影響也是人們最關心的。  

根據歐洲海洋酸化項目科學家們的估計，過量的二氧化碳對逐漸影響海洋生態系統的結構和作用，最初會影響食物鏈，從食物鏈的最底層開始，影響幼魚和甲殼類生物。據該項目中的科學家介紹，從化學層面上看，海洋酸化具有更深的意義：氫離子越多，意味著碳酸根離子越少，而碳酸鹽是珊瑚、貝類和許多微生物外殼的重要組成部分。一旦碳酸根離子水平過低，這些海洋生物的外殼就會發生溶解，甚至根本無法形成外殼。有證據表明，對海洋生態極為重要的孔蟲類浮游微生物外殼的碳酸鹽含量，最近已下降了1/3。  

對海洋酸化反應最迅速的恐怕是處於海洋生物鏈底層的海洋“初級生產者”──某些進行光合作用的單細胞生物。對它們而言，命運就可能是滅絕。各類生物之間的比例構成很重要，靠近食物鏈底層的某些生物數量發生細微變化，就可能對以其為食的上層生物造成較大影響。  

我們所熟悉的珊瑚礁系統就是“最惹人憐愛”的受害者。根據澳大利亞昆士蘭大學研究小組日前公佈的最新研究結果，如果繼續保持目前的二氧化碳排放增長率，最多10年，世界上最大的堡礁型珊瑚礁島礁群大堡礁便會死去。研究者計算出，在目前的海水變暖速度下，大堡礁珊瑚蟲每年必須向南移動15公里才能保持良好生存狀況，但整個珊瑚礁系統卻不具備此種能力。  

德國基爾(Kiel)大學海洋科學實驗室的海洋生態學家伍夫表示，如果二氧化碳依然以目前的速度排放下去，那麼40年後，生活在溫暖水域的珊瑚礁將會因為海洋酸化大批消失，90年後，70%的冷水珊瑚礁將會完全暴露在充滿腐蝕性的海水中。這種變化帶來的影響是災難性的，也早有跡象。

除了減排，我們還能做什麼？  

“減少二氧化碳的排放量是唯一解決這個問題的有效方法”。研究海洋酸化問題的專家都發表過這樣的言論。然而，這並不是那麼容易完成的，於是，有些科學家開始了相關實驗，力圖讓海洋發電站“困住”二氧化碳。  

在美國，有部分發電廠在生產能源過程中捕捉二氧化碳，通過高壓將其液化，再用管道輸送到幾里外的地質儲存點。可是，許多地區都不適合將二氧化碳埋入地下，人們擔心儲藏的二氧化碳會洩漏。其實，無論在陸地還是在海上，往沙岩中泵入二氧化碳一般都要移除海水，因而導致壓力的產生。要想注入大量的二氧化碳，就不得不留出空間，注入二氧化碳過快，或註入了岩石難以承受的數量，都要冒壓裂沙岩的風險，使二氧化碳隨著時間的推移慢慢地被擠出來。雖然有了點滴的實驗，但海洋固碳是否可行仍然是科學家們爭議的話題，因為他們更擔心這會對海洋生物產生更大的影響。  

據介紹，目前歐美等國正開始研究遏制海洋酸化的對策，我國也已將海洋酸化列入重點支持方向。  

據國家海洋局消息，為探究我國近海對大氣二氧化碳的吸收能力，進而為應對環境外交談判提供基礎數據和科學依據，國家海洋局於2008年啟動了管轄海域海—氣二氧化碳交換通量監測工作，以滿足海洋領域應對全球氣候變化的工作需求。  

目前，國家海洋局海—氣二氧化碳交換通量監測體系已佈設20餘條船基走航監測斷面，正在建設5個岸/島基站和5個專用浮標站，初步構成了點、線、面結合，走航監測與長時間序列定點監測相結合的立體化監測體系。

海洋酸化（Ocean Acidification）

由於石油、煤炭等化石燃料的使用，加上林地的大量砍伐和開發，大氣中二氧化碳的濃度在過去250年間增加了近40％，其後續所導致的全球暖化、氣候變遷等效應，也已成為全人類需共同面對的問題；但當我們將注意力集中在難以捉摸的新氣候模式時，殊不知另一場風暴，正在海洋中悄悄的形成。



由於CO2略溶於水，百年來人為所排放的二氧化碳中，便有約1/3～1/2為海水所吸收。

如上列方程式所示，二氧化碳溶解後形成碳酸（H2CO3），接著分解為碳酸氫根（HCO3-），或進一步解離為碳酸根（CO32-）。過程中釋出的氫離子（H+）使得海水pH值下降，接著影響整體的化學平衡，稱為「海洋酸化」（Ocean acidification）。

自工業革命以來，海洋的平均酸鹼值已從8.21降至現代的8.10，目前還正以每十年約0.02單位的速度酸化中。那麼，原本呈現微鹼性的海水變得「比較不鹼」，會對海洋生態造成什麼影響呢？

高濃度CO2所引起的水質酸化，可能改變海洋生物的體液酸鹼值，而導致所謂高碳酸血症（Hypercapnia），因為碳酸對細胞原本便具有毒性，將直接影響生物生存。同時貝類和海膽等生物的繁殖成功率也會受影響，幼體尺寸較小，發育速率也較慢。再者，海洋整體化學性質的變化，也可能影響生物在地理上的分佈，進而改變生態系的組成。

此外，碳酸鈣（CaCO3）的飽和度受到酸鹼值、溫度、水深（壓力）等條件的影響，pH值的降低將使碳酸鈣傾向於溶解而難以形成，首當其衝的自然便是珊瑚、貝類及海膽等需透過鈣化作用（Calcification）來形成骨骼或外殼的生物。

除了牡蠣等高經濟價值漁獲將減產外，若將珊瑚蟲飼養於高度酸化的水中，它將完全無法形成外骨骼，因此研究顯示，大堡礁（Great Barrier Reef）地區的珊瑚鈣化率在1988～2003年之間降低了21%。珊瑚礁向來是生物多樣性的熱點，造礁能力降低對生態的衝擊，顯然不可等閒視之。

而會形成鈣化外殼的生物中不乏有植物性浮游生物，例如顆石藻（coccolithophores），是重要的生產者。一但因缺乏鈣化外殼而數量減少，將透過食物鏈影響魚類和鯨魚的生存。

生態系的組成複雜，牽一髮而動全身；海洋酸化所導致的後果是好或壞，目前未有定論。部分學者便認為全球暖化所帶來的高溫，和海水中二氧化碳的增加，將使植物性浮游生物的光合效率提高，增加海洋的初級生產力。

相較於氣候變遷成為21世紀的顯學、全球焦點的所在，海洋酸化的相關研究仍相當不足，更遑論有可靠的模型來預測後續影響；但整體而言，多數科學家仍對此效應抱持負面看法。台灣四面環海，海洋不僅是經濟的一環，更是文化和情感的源頭，「節能減碳」除了減緩溫室效應，更應該是我們保育海洋生態，非跨出去不可的重要一步。

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二氧化碳是造成全球暖化的主要氣體之一，海洋也被認為是二氧化碳最重要的儲存場，但隨著二氧化碳含量增加，已經造成海水酸化問題，科學界擔憂酸化會危及海洋生物。

事實上，我們製造出來的二氧化碳，全球海水每天大約幫忙吸收三千萬噸，而二氧化碳被海水吸收時就會產生化學反應形成碳酸，而碳酸又會再解離出氫離子，使得海水的pH值變酸。科學家調查近200年來，海洋酸度又多出30%，是至少5500萬年來未見的酸度高峰。如果酸化繼續下去，不但侵蝕珊瑚礁，讓某些魚群找不到回家的路，也會損害蝦子貝類生物，使它們的保護殼無法成形，進而影響整個海洋生態。

海水升溫、珊瑚白化，近年來因為二氧化碳的快速增加，一直默默幫忙地球吸收大氣中至少25%二氧化碳的海洋，經科學家研究，從2千年到現在，海洋吸收二氧化碳的能力逐年遞減，吸碳率己經減少10%，而且還出現了酸化危機。

海大海洋環境化學與生態研究所長 龔國慶：「從工業革命以來，人類因為燃燒化石燃料，所以釋放很多二氧化碳到空氣中，所以有很多空氣的二氧化碳會溶到海水裡面，溶到海水裡面以後會起一些化學反應。」

這個化學反應，就是當空氣中的二氧化碳被海水吸收時，就會與水發生反應形成碳酸，而碳酸多半會解離成氫離子，與碳酸氫根離子，部分碳酸氫根還會再解離產生更多的氫離子，而這個氫離子就是增加海水酸度的主因，氫離子愈多，酸度就愈酸，危及海洋生物。

海大海洋環境化學與生態研究所長 龔國慶：「當空氣的二氧化碳濃度愈來愈高的時候，後果就會造成這些，需要碳酸鈣 譬如說，牠有一些外殼的藻類，或者是浮游生物啦，或者是有一些珊瑚礁，會有一些骨骼，牠的鈣化的速率就會愈來愈慢。」

所謂的鈣化就是一些浮游生物，還有珊瑚、蝦子貝類等生物，形成它外殼與骨骼的過程，而形成這些骨骼外殼所需的碳酸鈣，則需要水中的鈣離子以及碳酸根離子相結合，但當水中二氧化碳愈多，形成碳酸鈣所需的、碳酸根離子就會變少，阻礙生物的生長，也影響了海洋生態。

海大海洋環境化學與生態研究所長 龔國慶：「珊瑚礁是一個淺海洋裡面，生物多樣性最高的地方，酸度增加會不利於牠鈣化速率的生長，這樣子的話生物多樣性就會慢慢降低。」

除了影響珊瑚和生物生長，近來科學家也研究發現，海水酸化還會影響小丑魚的感知器官，讓牠喪失尋找安全環境、躲避掠食者的能力，另外會讓聲音在水裡傳播的距離更遠，增加陸地上傳到海底的噪音，干擾鯨豚生活，增加擱淺的機率。

人們常說，海洋是生命之母，海洋系統如果被破壞，陸地上的生物、人類，也終將難以幸免，減少二氧化碳排放，你我還要更積極。

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海洋是生命之母，但海洋正遭受相當大的危機，像是塑膠製品或者廢棄的漁網，海洋生物經常會誤食而受傷或死亡，屏東海生館就收養了非常多這些因為人類粗心大意而註定終身殘缺的海洋生物。

來到屏東海生館的養殖池，一隻缺了隻前腳的綠蠵龜正奮力延續牠的生命。

屏東海生館技正 蕭澤民：「當初被發現牠是被用繩子綁在一個礁石上，然後這隻海龜牠的手臂一直在潰爛，後來來這裡以後，我們的獸醫就幫牠做截肢的動作，所以牠現在就只有一隻手臂了，雖然挽救牠的生命，可是牠永遠無法回到海上去了。」

海生館與林務局合作，收容保育類的水生動物，而送來的動物大多是非法養殖、誤食魚鉤，或是被魚網纏住，狀況好的，身體康復之後，海生館人員就會再度野放回大海。

因此餵食方式就不是一般人員直接餵食，而是隔一段距離的拋擲方式，讓海龜不與人過度親密接觸，保持原始、主動索取食物的本性。

近年來因為二氧化碳的增加，原來弱鹼性的海水正面臨酸化的危機，再加上人類對海洋資源的過度撈捕，還有大量的塑膠、垃圾等海洋廢棄物，都處處威脅海洋生物的生存。

中研院生物多樣性研究中心研究員 鄭明修：「我們發現很多綠蠵龜，死掉的話剖開肚子，非常多的垃圾袋，是牠致死的主要原因之一，垃圾袋一般有彩色在水裡，就看起來像水母一樣，綠蠵龜一吃下去，腸道裡面阻塞而死。」

除了誤食塑膠垃圾，另外海裡常見的廢棄魚網，也是近幾年海洋生物的大殺手。

屏東海生館技正 蕭澤民：「魚網的話對海龜來講，是一個非常致命的東西，因為海龜是一個很好奇的動作，牠會進去裡面去咬它最後被纏住，有一些海龜就因此被魚網纏住，沒辦法上來呼吸因而致死。」

中研院生物多樣性研究中心研究員 鄭明修：「珊瑚上面要撿，其實是要剪魚網，因為魚網纏到以後，很多藻類就生上去，然後整個覆蓋起來，珊瑚礁的共生藻就沒辦法行光合作用，就死掉、白化死掉。」

珊瑚靠著前端珊瑚蟲觸手上面的共生藻在海裡進行光合作，轉化成養分供給下方的骨骼，所以要是被垃圾或是魚網覆蓋纏住，共生藻行不了光合作用，就會離開珊瑚宿主，造成珊瑚白化甚至死亡。

因此減少二氧化碳，拯救海水酸化危機，或許短時間之內無法有太突破性的改變，但至少不亂丟垃圾，維護海洋清潔，是挽救海洋生態最快速也是最必要的舉手之勞。

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海洋酸化是繼氣候變化之後，全球科學家們發現人類過度排放二氧化碳的又一災難性惡果。

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