解读：关于海洋酸化的最新科学进展

过去12个月里，研究海洋化学的科学家们愈发忧心。

越来越多的证据表明，人类活动正从根本上重塑海洋的化学结构，使其持续酸化。

截至2025年底，各种迹象显示，海洋酸化正在将地球上最大的栖息地推向危险境地。

接下来，本文会逐个讨论这些问题：

• 大气中的二氧化碳如何使海洋酸化？
• 截至2025年，海洋的酸化程度达到什么水平？
• 这为何重要？
• 海洋酸化将对有壳的海洋生物造成哪些影响？
• 海洋酸化会不会波及人类和其他动物？
• 何为海洋酸化的行星边界？
• 海洋不同区域受到的影响是否相同？
• 我们能从地球历史上酸性海洋时期学到什么？
• 我们能采取哪些措施？

大气中的二氧化碳如何使海洋酸化？

海洋酸化是全球碳循环的一部分。

当二氧化碳溶解在水中时，会形成碳酸。碳酸释放出氢离子，而氢离子的增加会降低海水的pH值，使其更趋向酸化。

虽然人类活动排放的二氧化碳多被大气所吸收，但并非全部滞留其中。海洋吸收了很大比例的排放。2023年发表的一项研究显示，从20世纪60年代初到21世纪10年代末，海洋吸收了约25%的人为二氧化碳排放。正是凭借这种吸收能力，人类至今才得以避免更为剧烈的全球变暖。

但由于过去一个世纪大气中二氧化碳浓度不断上升，更多二氧化碳被海洋吸收，进而导致海洋酸化。

截至2025年，海洋酸化程度达到什么水平？

根据欧洲环境署十月发布的数据，与工业化前相比，地球海洋的酸性已增强约30%。海水pH值的下降主要发生在近几十年。大约在1750年工业革命开始前，全球表层海水的平均pH值为8.2；到1985年，该数值已降至8.11；到2024年进一步下降到8.04。

数据显示，到2100年，海洋表层pH值还将再下降0.15至0.5，具体取决于排放削减力度。

同样在十月，挪威科技大学（Norwegian University of Science and Technology，简称NTNU）的研究人员发表了一项关于海洋酸化模型的研究，评估未来酸化加剧对全球生态与经济的影响。论文第一作者塞多娜·安德森（Sedona Anderson）说：“如果未来几年排放仍维持当前水平，我们的模型显示，全球大多数海域将朝着最糟糕的情景发展。”

这为何重要？

根据2025年五月的一项新研究发现，随着酸化加剧，海洋吸收大气中二氧化碳的能力正在减弱，其减缓全球变暖的作用随之削弱。这主要与化学反应有关：当海水吸收更多二氧化碳时，其“碳酸盐缓冲”能力下降，使其进一步吸收二氧化碳变得愈发困难。

三月的另一项研究指出，人类排放二氧化碳的速度远快于海洋在不进一步酸化的前提下所能自然吸收二氧化碳的能力。这正在深刻改变海洋的化学组成，而其长期后果仍未完全明晰。

海洋酸化将对有壳的海洋生物造成哪些影响？

七月发表的一项研究考察了意大利西海岸外第勒尼安海（Tyrrhenian Sea）火山二氧化碳喷口附近，两种生活在该区域的苔藓虫（海洋无脊椎钙化生物）在海水变暖与酸化条件下的表现。研究发现，在这一高度酸性的环境中，随着海水升温，这些生物的种群正不断减少。钙化生物（calcifiers）如珊瑚、软体动物（molluscs）和翼足类（terrapods）依靠钙盐形成骨骼，是海洋食物链的基础。例如，它们约占北极鲑鱼食物来源的50%。

2016年格陵兰与西班牙的合作研究指出，钙化生物可以通过增加营养摄取来满足在酸性环境中处理钙盐所需的额外能量需求，在新西兰怀特岛也观察到了同样的现象。然而，最新模型显示，海洋正变得愈发不适宜生物生存，使得这些生物难以获得足够的营养来应对本已酸化的环境。

海洋酸化会不会波及人类和其他动物？

虽然钙化生物是最先承受海洋酸化后果的类群，但如果这一趋势持续下去，许多其他物种——包括人类——也难逃其害。新的研究方向正逐渐聚焦于海洋化学变化对非钙化生物的影响。

在2025年四月发表的一份关于海洋酸化“无声危机”的综述中，西班牙海洋科学研究所（Institute of Marine Sciences，简称ICM）的专家指出，过去几十年收集的数据表明非钙化物种如鱼类和鱿鱼，在更酸性的环境中出现呼吸受损、行为改变以及繁殖成功率下降等问题。

研究人员认为，这些行为变化可能与鱼类耳部的钙化结构有关——这些结构与珊瑚类似，在过于酸性的环境中无法正常形成。这一现象与鱼类对危险刺激的行为反应减弱相吻合。不过，这些研究仍处于初步阶段，且主要针对单一世代的海洋生物，因此仍需更多研究加以验证。

2025年的两份研究，分别在在太平洋，在地中海开展的，发现软体动物幼体的发育和存活率会因pH值下降而受到不利影响，成体的数量及其特征多样性也随之减少。

尽管目前尚未明确海洋酸化与人类健康之间的直接关联，但全球仍有十亿多人依赖健康的珊瑚礁获取食物和海岸防护。如果珊瑚因无法正常构建钙质骨骼而变得愈发脆弱，将引发一系列连锁反应。海洋酸化意味着渔业和旅游业将损失数百万美元的收入，因为受损的沿海珊瑚礁已难以维持原有的风暴防护能力。

何为海洋酸化“行星边界”？

2025年关于海洋酸化最重大的消息，或许是科学界发出的警告：一个新的“行星边界”已被跨越。

早在2009年，由德国波茨坦大学牵头的一群科学家提出了他们命名的“行星边界”（Planetary Boundaries）概念。这一概念划定了九项在维系人类存续过程中保持地球环境稳定状态的临界安全阈值。该研究项目现已发展为每年发布的《行星健康检查》（Planetary Health Check）报告。海洋酸化正是其中受到关注的九项阈值之一，其衡量指标是海洋中的文石含量。文石是一种碳酸钙物质，大量海洋生物用它来构筑壳体和骨骼。当海洋酸化时，碳酸根离子更加匮乏，使得这些生物更难形成外壳。

最初设定这九项行星边界时，海洋酸化的“安全阈值”被定义为：与工业化前相比，海水中文石（Aragonite）饱和度下降20%（译者注：文石是一种碳酸钙矿物，由于其溶解度受温度和压力的影响，文石水平的变化被认为与海洋酸化密切相关）。然而，这一数值当时便引发部分研究者质疑，认为设定得过高。英国普利茅斯海洋实验室教授海伦·芬德利（Helen Findlay）表示：“当科学界看到第一版行星边界报告中的数据时，很快就意识到，那只是一个粗略的最佳估算。”

随后数年，研究人员投入了大量时间和资源来分析工业化前后海洋酸化的变化，并努力找出会引发灾难性后果的酸化阈值。

2024年，芬德利团队重新评估了这些最初设定的阈值。在2025年六月发表的一篇论文中，他们得出结论：为了维持海洋健康，文石饱和度下降的幅度应远低于此前设定的20%，大约应控制在10%左右。团队估算，到2020年，全球海洋的平均状况已处于“海洋酸化边界的不确定范围”之内。换言之，这条边界可能已被跨越。

研究人员越深入海洋，发现的情况就越令人担忧。在海面以下200米处，全球已有60%的海域显示出文石饱和度低于新设定的安全阈值。

几个月后，2025年版《行星健康检查》报告证实了这一点，进一步强化了地球海洋已进入风险区的判断。此外，随着数据修订以及自2009年以来数据建模能力的提升，2025年报告指出，海洋在工业化前的文石饱和度比此前估计的更高。这意味着从工业化前至今的文石下降幅度比原先认为的更为显著，甚至已超过团队最初设定的文石下降20%的海洋酸化“安全阈值”。

“当我们发表第一版《行星健康检查》时，有几位海洋专家告诉我们，他们已在海洋生态系统中看到一些现象，与所谓的安全区并不相符。”报告团队成员莱夫克·凯撒（Levke Caesar）说：“因此我们意识到，应该利用更先进的数据重新审视这项研究。”

海洋不同区域受到的影响是否相同？

海洋酸化是一个全球性问题，但越来越多的研究显示，某些地区受到的影响更为严重，尤其是北极。北极海域水温极低，而冷水比暖水更容易溶解二氧化碳。

一只在北极海域游动的女王扇贝。贝类也是受海洋酸化影响尤为显著的类群。图片来源：Nature Picture Library / Alamy

此外，北极部分区域因为有大量河流径流和冰川融水的注入，削弱了当地水体缓冲pH变化的能力——这一结论已被四月发布的历史数据分析所证实。

研究显示，由于冰层变化和河流注入的影响，北冰洋的文石水平本就存在区域性和季节性的自然波动。例如，根据普利茅斯海洋实验室对行星边界的重新评估，在人类大量排放二氧化碳之前，约有5%的极地海域会因这些自然的季节性变化而出现文石季节性不饱和的情况。然而到21世纪20年代，这一比例已上升至21%。一些极地生物已经开始显现出受此变化影响的迹象，海伦·芬德利指出。

其他研究也表明，沿海地区比外海海域更易受到酸化影响。在沿海地区，农业化肥的径流会增加进入海洋的氮含量，这些氮与氧发生反应，会导致局部酸化，并进一步加剧由排放引起的酸化效应。

十一月发表的一项研究显示，海洋上升流系统，指深层海水受风力、地形等因素影响，向上涌升至海洋表层的现象，如加利福尼亚洋流，也可能加剧酸化。

我们能从地球历史上酸性海洋时期学到什么？

三亿多年前，剧烈的火山活动使大气中的二氧化碳含量大幅上升，终结了所谓的晚古生代冰期。与今天类似，海洋吸收了大量滞留在大气中的二氧化碳，因而变得更加酸性，同时也更温暖、含氧量更低。这使得珊瑚礁等钙化生物几乎消失，并引发了一场大规模灭绝事件，即通常所说的“大灭绝”。

科学家们至今仍在讨论这场灭绝事件的确切成因。苏格兰圣安德鲁斯大学地球与环境科学学院研究员哈娜·尤里科娃（Hana Jurikova）在2025年初发表的一篇关于晚古生代冰期结束的论文中写道：“我们知道地球最终会找到生存之道。问题在于，人类是否能够承受这一过渡。”

在“大灭绝”之后的数百万年里，岩石风化以及矿物壳体的分解逐渐改变了海洋的pH值，使海水酸度降低，海洋生命得以恢复，并延续至工业时代的到来。

我们能采取哪些措施？

“在这个领域工作，我常常感到沮丧。”凯撒说，“我们需要全球性监管，但也有许多解决方案能够同时改善大多数行星边界的状况。”

从更细致的层面来看，研究表明，对海洋环境进行地方层面的管理能够显著缓解多重压力源，并有助于减轻酸化影响。恢复红树林、湿地以及海藻构成的海洋森林（如海带和海草），并帮助农民减少营养物质流入海洋，都在一定程度上有助于平衡海水的pH值。

其他研究则在探索通过直接干预来帮助海洋从人为破坏中恢复。例如，有研究正在评估向海洋中添加某些矿物以降低酸化的可行性。然而，这类人工策略可能带来难以预测的其他后果。

科学家们普遍认为，海洋酸化正呈现不断加剧趋势，主要原因在于要实现大幅削减人为二氧化碳排放变得愈发困难。然而，如果无法做到这一点，海洋酸化将持续恶化。