海洋酸化模擬器

什麼是海洋酸化？

海洋吸收了約30%的人類CO2排放，使其成為地球最大的碳匯。當CO2溶入海水時，會形成碳酸（H2CO3），釋放氫離子（H+）降低pH值。自工業革命以來，海洋pH從8.2降至8.1——酸度增加了26%。這威脅著珊瑚礁、貝類以及依賴碳酸鈣的整個海洋食物鏈。

為什麼這很重要？珊瑚礁支撐著25%的海洋物種。當pH下降且文石飽和度低於1.0時，造殼生物無法再形成保護性結構——它們的殼會溶解。按照目前的排放速率，到2100年海洋pH可能降至7.8，這是1400萬年來前所未有的水平。

📖 深入了解

類比 1

想像一下將碳酸片放入魚缸中。水開始冒泡（二氧化碳溶解）並慢慢變成微酸性。魚和蝸牛一開始並沒有註意到，但最終蝸牛的殼開始變得薄而易碎——這正是我們向大氣中排放二氧化碳時海洋生物所發生的情況。

類比 2

將海洋想像成一個巨大的抗酸藥片。它一直在吸收我們排入空氣中的「胃酸」（CO2）。但就像抗酸藥片耗盡一樣，海洋的緩衝能力也被壓垮了。一旦藥片完全溶解，酸就會迅速積聚，「病人」（海洋生物）就會遇到嚴重的困擾。

🎯 模擬器提示

初學者

從預設的 10 GtC/yr 排放率開始，觀察 CO2 分子從大氣落入海洋

中級

增加風速以實現更快的氣體交換－風速越大，就會有更多的二氧化碳被推入水中

專家

降低總鹼度以模擬自然緩衝較少的水域（例如河口附近的沿海地區）

📚 術語表

Ocean Acidification

吸收大氣二氧化碳導致海洋 pH 值下降，威脅海洋生態系統。

pH Scale

酸度測量範圍為 0-14。自工業化前時代以來，海洋 pH 值已從 ~8.2 降至 ~8.1（酸性增加 30%）。

Carbonate Chemistry

CO2 + H2O → H2CO3 → HCO3⁻ + H⁺ → CO3²⁻ + 2H⁺。增加二氧化碳會改變平衡，減少碳酸根離子。

Calcification

海洋生物（珊瑚、貝類）以碳酸鈣建造貝殼/骨骼的過程。

Aragonite Saturation

衡量造殼生物的碳酸鈣可用性。低於 Ω=1，殼會溶解。

Coral Bleaching

珊瑚排出共生藻類、變白的壓力反應。酸化化合物熱漂白。

Pteropod

游泳的小海蝸牛，其薄薄的文石殼會溶解在酸化水中－這是一個關鍵的指標物種。

Carbon Sink

海洋吸收了人類排放的約 25% 的二氧化碳，使其成為最大的碳匯，但卻導致了酸化。

Buffer Capacity

海洋抵抗 pH 值變化的能力正被二氧化碳的吸收速度所壓倒。

Blue Carbon

沿海生態系（紅樹林、海草、鹽沼）捕獲的碳也可以緩衝局部酸化。

🏆 關鍵人物

Ken Caldeira (2003)

史丹佛大學/卡內基研究人員創造了「海洋酸化」一詞並模擬了其全球影響

Joanie Kleypas (1999)

NCAR 科學家首次警告海洋化學變化將影響珊瑚礁鈣化

Richard Feely (2004)

NOAA 海洋學家記錄了美國太平洋沿岸酸化的蔓延

Jean-Pierre Gattuso (2010)

領導歐洲主要海洋酸化研究計畫（EPOCA、MedSeA）的法國研究人員

Ove Hoegh-Guldberg (1999)

昆士蘭大學海洋科學家將酸化和暖化與珊瑚礁未來連結起來

🎓 學習資源

Anthropogenic ocean acidification over the twenty-first century [paper]
全球海洋酸化影響的多模型預測（《自然》，2005 年）
Ocean Acidification: Present Conditions and Future Changes [paper]
海洋化學變化和生物影響的綜合綜述（海洋科學年度評論，2009）
NOAA Ocean Acidification Program [article]
美國聯邦計畫監測和研究海洋酸化
Ocean Acidification International Coordination Centre [article]
國際原子能總署全球海洋酸化研究協調中心

💬 給學習者的話

探索海洋酸化的迷人世界。每一個發現都始於好奇心！