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海洋酸化是全球約三分之一的二氧化碳排放溶解到海水中並降低其pH值的結果，對海洋生態系統造成了複雜且知之甚少的影響。科學家們已經知道，海洋pH值的下降會影響碳迴圈，減少碳酸根離子，而珊瑚、珊瑚、軟體動物和甲殼類動物等生物利用碳酸根離子來構建貝殼和外骨骼。現在，一項新的研究表明，二氧化碳引起的酸度增加似乎也會擾亂海洋氮迴圈。這項發現將於12月21日發表在《美國國家科學院院刊》上，可能對整個海洋食物網產生影響。
該研究的作者們研究了海洋氮迴圈中的一個特定步驟，稱為硝化作用，其中微生物將一種形式的氮，銨，轉化為硝酸鹽，植物和其他海洋微生物生存所需的另一種形式。先前關於實驗性酸化淡水和實驗室的研究表明，降低pH值會減緩硝化作用，一項在沿海海水中的研究表明，大幅降低pH值也會產生同樣的效果。但主要作者，加州大學默塞德分校海洋學和生物地球化學教授J. Michael Beman說，沒有人嘗試透過實驗模擬預測的未來20-30年內大氣二氧化碳增加將在海洋中發生的更細微的pH值變化。
Beman和他的同事們從大西洋和太平洋四個不同的海洋研究地點採集了樣本（總共六個），並在實驗樣本中誘導了0.05至0.14範圍內的pH值下降——透過向瓶中鼓入二氧化碳或新增稀酸。然後將實驗硝化速率與對照組進行比較。Beman解釋說，在新增二氧化碳的瓶子中，“基本上，我們讓他們暴露於未來大氣中的二氧化碳成分。”該小組用酸處理了一些樣本，“以確保我們觀察到的效果不是由實驗方法驅動的。”
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在所有實驗案例中，與對照組相比，硝化作用均有所降低，效果範圍從減少8%到減少38%。Beman說，“我們看到的情況在整個海洋中幾乎是統一的，或者至少在我們進行的所有實驗中都是如此，這似乎表明這是一個相當一致的效果。” 重要的是，在某些情況下，變化非常大。“因此，它可能對海洋中氮迴圈的方式產生相當大的影響，”他說。
一個潛在的積極影響是減少一氧化二氮——海洋硝化作用是這種溫室氣體的一個相對較大的來源。Beman說，“但是，更大、更難預測的事情是與其他生物和過程的聯絡。” 硝化作用減少將導致可供植物和其他利用硝酸鹽製造重要蛋白質的生物使用的硝酸鹽減少，從而使它們更難茁壯成長。這反過來意味著，以這些利用硝酸鹽的生物為食的動物可獲得的食物將減少，並以此類推，沿著食物網向上延伸。但他表示，食物網很複雜，這項研究結果的精確含義仍不清楚。
Beman說，這項實驗是朝著更詳細地瞭解硝化作用減少對海洋生態系統影響的第一步。“它為我們提供了不同可能情景的範圍，”用於在計算機模型中進行測試，這些模型可以解釋生物地球化學的其他全球變化，例如氧氣濃度降低，這可能與pH值降低同時發生。他希望這些模型將幫助研究人員弄清楚，改變後的pH值和相應的硝化作用變化如何“滲透到系統中”。
更廣泛地說，結果提醒人們，海洋酸化必然會影響除碳迴圈之外的其他養分迴圈，並可能產生深遠的生態後果。Beman指出，“其中一些養分迴圈過程最終會影響整個食物網。” “因此我認為值得更詳細地研究它們，以試圖弄清楚我們可能期望看到什麼樣的影響。”
圖片來源：Flickr/qf8