大氣中二氧化碳 (CO2) 水平上升導致的氣候變化現已得到廣泛認可。但是，等式的另一面——海洋對二氧化碳的大量吸收——受到的關注要少得多。地球海洋迅速吸收人類二氧化碳排放量的 25% 到 30%，從長遠來看，隨著水和空氣在海洋表面混合，吸收量約為 85%。我們已經以這種方式“處理”了 5300 億噸氣體，目前全球範圍內的速度為每小時一百萬噸，比地球上數千萬年來的速度還要快。我們正在酸化海洋，並從根本上改變其極其微妙的地球化學平衡。科學家們才剛剛開始調查其後果，但在我們的地質歷史中，類似自然變化已導致地球水域發生多次大規模滅絕。
這種精心的平衡之所以能夠經受住時間的考驗，是因為火山排放的酸和岩石風化釋放的鹼之間近乎平衡。數百萬年來，海水的 pH 值一直保持穩定。在工業時代開始之前，海洋表面的平均 pH 值約為 8.2（略呈鹼性；7.0 為中性）。今天約為 8.1。
儘管這種變化看起來很小，但類似的自然變化也需要 5,000 到 10,000 年。我們卻在 50 到 80 年內完成了。海洋生物在漫長而漸進的變化中倖存下來，但目前酸化的速度令人非常擔憂。在本世紀內，排放可能會使表面 pH 值再降低 0.4 個單位，到 2100 年以後可能會降低多達 0.7 個單位。我們正在迅速走向一個與地球在過去 2500 多萬年中所知的海洋不同的海洋。
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溶解在海水中的二氧化碳中，約 89% 以碳酸氫根離子形式存在，約 10% 以碳酸根離子形式存在，1% 以溶解氣體形式存在。現代海洋生物已經進化到適應這種化學成分。各種各樣的生物利用碳酸根離子來製造骨骼：蝸牛、海膽、蛤蜊、螃蟹和龍蝦。值得注意的是，它構成了微觀浮游植物的鈣化板，這些浮游植物非常豐富，對整個海洋食物鏈至關重要。同時，二氧化碳水平影響著各種水生生物的生理機能，對於大多數生物而言，這種機能已最佳化為在狹窄的溶解二氧化碳和海洋 pH 值範圍內執行。
我們現在正在全球範圍內進行一項非同尋常的化學實驗。我們的化石燃料排放提高了海洋中溶解的二氧化碳水平，從而降低了碳酸根離子濃度並降低了 pH 值。除非我們大幅減少排放，否則到本世紀末，海洋陽光照射的表層（頂部約 100 碼）可能會輕易損失 50% 的碳酸根離子。海洋動物將發現更難建造骨骼、構建珊瑚礁，或者僅僅是生長和呼吸。與過去的地質事件相比，這種轉變的速度和規模令人震驚。
因此，我們面臨一個困境。海洋對二氧化碳的吸收有助於控制大氣變化。幾十年來，氣候科學家將這種吸收描述為社會的福祉，海洋化學家希望海底的碳酸鈣沉積物能夠以足夠的量溶解，以抵消 pH 值的下降。但研究表明，沉積物溶解的速度不可能跟上快得多的酸化速度。社會可以繼續依賴海洋的幫助，但代價是對所有海洋生物日益增長的威脅。
儘管我們的理解仍然模糊，但化石記錄表明，在二氧化碳水平迅速上升的時期，海洋生物遭受了大規模滅絕。海洋動物的代謝功能通常會調整到狹窄的內部 pH 值範圍。除了減少骨骼的鈣化外，酸性更強的水還會酸化體液，可能增加呼吸壓力並抑制新陳代謝。
有些生物可能可以忍受一定程度的變化，但更薄的貝殼會使其他生物更容易受到損害或捕食者的攻擊。有些生物也可能在一定程度上忍受體液酸化，但即便如此，許多生物也會花費更多能量來維持其最佳的酸鹼平衡，或者會努力為身體提供氧氣並維持對生命至關重要的細胞功能。應對酸化的額外消耗可能會使它們更容易死亡。對於已適應極其穩定環境的深海動物來說，這些壓力將尤為嚴重。即使動物能夠倖存下來，這些壓力也會消耗它們原本用於生長和繁殖的能量。
我們可能會首先在環境範圍精確調整的動物群體中看到海洋酸化的影響，特別是那些已經“生活在邊緣”的動物群體，例如珊瑚礁，它們已經因海洋溫度升高而遭受了廣泛的白化和死亡。較少受到重視的是對生活在海洋中層的大量微小動物群落的影響。這些生物在夜間大量遷徙到表層覓食，但在白天沉入深水以躲避捕食者。透過這樣做，它們在溫暖、富氧的表層和寒冷、缺氧的深水之間形成了關鍵的聯絡，也在整個海洋食物鏈中形成了關鍵的聯絡。
酸度增加和某些地區低氧區域的擴大可能會迫使這些中層生物進入較淺的水域，在那裡它們將更容易受到捕食者的攻擊。而且，如果正如預期的那樣，低氧區域擴大和加劇，許多這些遷徙者可能會死亡。這些影響加在一起可能會切斷淺水和深水之間這種每日遷徙的生命線——這種結果可能會影響到社會的海洋漁業。
海洋生物在多大程度上能夠適應快速酸化仍然是一個懸而未決的問題，但確實有理由感到擔憂。在地球歷史上，海洋生物勉強經受住了巨大的環境擾動；大約 2.5 億年前，大規模的火山活動被認為導致了海洋酸化和其他因素，導致 90% 的海洋物種死亡。
儘管人為造成的氣候變化將溫和得多，但採取強有力的即時行動來穩定二氧化碳水平對於最大限度地減少我們對海洋化學和生態系統的破壞至關重要。我們不能再否認我們在全球氣候變化中的作用。現在是科學界、商界和政治領導人認真討論如何最大限度地減少我們對空氣和水的影響，限制我們化石燃料使用的影響，並計劃如何適應即將到來的變化的時候了。
注：本文最初印刷時的標題為“The Other CO2 Problem”。