科學家們早就知道，由於氣候變化，海洋正在酸化。海洋吸收人類活動產生的大氣中二氧化碳已被充分記錄，以及它對貝類等海洋生物造成的危害。
但是淡水呢？它也在吸收大氣中的碳嗎？一篇新的論文今天發表在《當代生物學》上，首次提出了一些證據，表明答案可能是肯定的，但也許方式與海洋中發生的方式不同。
在這項新的研究中，研究人員報告說，在德國的四個水庫中，二氧化碳顯著增加，並且在35年內，相應的pH值下降了約0.3。他們分析了當地魯爾區機構從1981年至2015年收集的資料，該機構監測飲用水，並且能夠透過考慮溫度、水密度、pH值、離子種類分佈和總無機含量的變化，來記錄二氧化碳水平隨時間的變化。
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淡水酸化研究至今滯後的一個關鍵原因是，確定大氣中的碳如何影響這些生態系統需要複雜的建模，並且遠不如海洋中發生的情況那麼明確，據研究作者、德國波鴻魯爾大學的水生生態學家琳達·魏斯稱。在海洋中，來自大氣中的二氧化碳溶解到海水錶面，形成碳酸。然而，湖泊等淡水會接收來自分解的有機和無機物質的各種二氧化碳來源，這使得科學家很難區分大氣中二氧化碳升高與這些其他元素的直接影響。
湖泊中的二氧化碳水平通常很高，並且因湖泊而異，這取決於附近生態系統的型別、農業等土地利用、湖泊和流域的大小、降水量，以及某些型別的土壤和岩石比其他土壤和岩石吸收更多的二氧化碳。二氧化碳水平也會隨季節變化而變化，隨著秋季樹葉掉落和冬季結冰或動物經歷生命週期而變化，甚至每天都在變化，由於夜間溫度變化和藻類在夜間無法進行光合作用而升高。所有這些都使得辨別長期趨勢變得更加困難。魏斯使用的資料集非常不尋常，因為它在35年的時間裡監測了這些無數因素，使研究人員能夠得出結論，他們在水庫中看到的二氧化碳增加確實是由於大氣中二氧化碳增加造成的。
淡水生態系統吸收人類燃燒化石燃料產生的二氧化碳的主要方式可能與海洋中發生的方式不同。在湖泊和水庫中，額外的大氣二氧化碳滋養周圍的植被，全球氣溫升高延長了生長期。隨著湖泊內外植物的生長變大和/或繁殖，當它們死亡時可用的有機碳量以及它們在土壤中分解的速度都會增加。然後，降水將其沖刷到湖泊和其他淡水系統中。
國際可持續發展研究所實驗湖區（安大略省58個小湖泊的天然實驗室）的研究科學家斯科特·希金斯說，儘管一些湖泊也可以像海洋一樣在其表面吸收二氧化碳，但這些其他來源的有機和無機碳的增加可能是主要因素。事實上，一些湖泊的二氧化碳含量高於大氣，因此它們會將二氧化碳從水中釋放到空氣中，他說。
為了他們的研究，魏斯和她的團隊還記錄了較高二氧化碳水平對食物網底部的淡水甲殼類動物的影響——特別是兩種水蚤，也稱為水蚤。多項研究表明，二氧化碳的增加使得海洋動物更難形成貝殼，並會削弱它們的感官，使它們更容易受到捕食者的攻擊。一些研究表明，實驗室中的淡水物種也受到類似的影響。但是水蚤，魏斯感興趣的生物，尚未被研究。
當水蚤感知到捕食者時，它們會豎起頭盔並部署稱為“頸齒”的尖刺來保護自己。為了測試二氧化碳升高可能如何影響它們的防禦機制，魏斯在實驗室中將庫存水蚤暴露於二氧化碳水平，範圍從略高於全球淡水中觀察到的最高水平到比最高水平高約60%，以模擬最壞的情況。研究人員發現，當暴露於較高二氧化碳水平時，這些生物更難感知捕食者並部署它們的防禦措施。
魏斯說她使用實驗室動物是因為它們已被充分研究：“我們知道它們做什麼或者應該做什麼。” 但希金斯指出，這可能會產生誤導性的結果：魏斯測試的動物以前從未接觸過如此高的二氧化碳濃度。這可能與野生動物的經歷不同，野生動物必須適應湖泊和水庫中隨季節和全天定期變化的二氧化碳水平。“隨著時間的推移，湖泊正在經歷相當多變的二氧化碳濃度，所有生活在其中的生物也是如此，”他說。儘管仍然未知，但生活在如此複雜的水化學環境中最終可能會幫助淡水植物和動物適應地球不斷上升的二氧化碳水平。