海洋酸化模拟器

什么是海洋酸化？

海洋吸收了约30%的人类CO2排放，使其成为地球最大的碳汇。当CO2溶入海水时，会形成碳酸（H2CO3），释放氢离子（H+）降低pH值。自工业革命以来，海洋pH从8.2降至8.1——酸度增加了26%。这威胁着珊瑚礁、贝类以及依赖碳酸钙的整个海洋食物链。

为什么这很重要？珊瑚礁支撑着25%的海洋物种。当pH下降且文石饱和度低于1.0时，造壳生物无法再形成保护性结构——它们的壳会溶解。按照目前的排放速率，到2100年海洋pH可能降至7.8，这是1400万年来前所未有的水平。

📖 深入了解

类比 1

想象一下将碳酸片放入鱼缸中。水开始冒泡（二氧化碳溶解）并慢慢变成微酸性。鱼和蜗牛一开始并没有注意到，但最终蜗牛的壳开始变得薄而易碎——这正是我们向大气中排放二氧化碳时海洋生物所发生的情况。

类比 2

将海洋想象成一个巨大的抗酸药片。它一直在吸收我们排入空气中的“胃酸”（CO2）。但就像抗酸药片耗尽一样，海洋的缓冲能力也被压垮了。一旦药片完全溶解，酸就会迅速积聚，“病人”（海洋生物）就会遇到严重的麻烦。

🎯 模拟器提示

初学者

从默认的 10 GtC/yr 排放率开始，观察 CO2 分子从大气落入海洋

中级

增加风速以实现更快的气体交换——风速越大，更多的二氧化碳就会被推入水中

专家

降低总碱度以模拟自然缓冲较少的水域（例如河口附近的沿海地区）

📚 术语表

Ocean Acidification

吸收大气二氧化碳导致海洋 pH 值下降，威胁海洋生态系统。

pH Scale

酸度测量范围为 0-14。自工业化前时代以来，海洋 pH 值已从 ~8.2 降至 ~8.1（酸性增加 30%）。

Carbonate Chemistry

CO2 + H2O → H2CO3 → HCO3⁻ + H⁺ → CO3²⁻ + 2H⁺。增加二氧化碳会改变平衡，减少碳酸根离子。

Calcification

海洋生物（珊瑚、贝类）用碳酸钙建造贝壳/骨骼的过程。

Aragonite Saturation

衡量造壳生物的碳酸钙可用性。低于 Ω=1，壳会溶解。

Coral Bleaching

珊瑚排出共生藻类、变白的应激反应。酸化化合物热漂白。

Pteropod

游泳的小海蜗牛，其薄薄的文石壳会溶解在酸化水中——这是一个关键的指示物种。

Carbon Sink

海洋吸收了人类排放的约 25% 的二氧化碳，使其成为最大的碳汇，但却导致了酸化。

Buffer Capacity

海洋抵抗 pH 值变化的能力正在被二氧化碳的吸收速度所压倒。

Blue Carbon

沿海生态系统（红树林、海草、盐沼）捕获的碳也可以缓冲局部酸化。

🏆 关键人物

Ken Caldeira (2003)

斯坦福大学/卡内基研究人员创造了“海洋酸化”一词并模拟了其全球影响

Joanie Kleypas (1999)

NCAR 科学家首次警告海洋化学变化将影响珊瑚礁钙化

Richard Feely (2004)

NOAA 海洋学家记录了美国太平洋沿岸酸化的蔓延

Jean-Pierre Gattuso (2010)

领导欧洲主要海洋酸化研究项目（EPOCA、MedSeA）的法国研究人员

Ove Hoegh-Guldberg (1999)

昆士兰大学海洋科学家将酸化和变暖与珊瑚礁未来联系起来

🎓 学习资源

Anthropogenic ocean acidification over the twenty-first century [paper]
全球海洋酸化影响的多模型预测（《自然》，2005 年）
Ocean Acidification: Present Conditions and Future Changes [paper]
海洋化学变化和生物影响的综合综述（海洋科学年度评论，2009）
NOAA Ocean Acidification Program [article]
美国联邦计划监测和研究海洋酸化
Ocean Acidification International Coordination Centre [article]
国际原子能机构全球海洋酸化研究协调中心

💬 给学习者的话

探索海洋酸化的迷人世界。每一个发现都始于好奇心！