大气中二氧化碳 (CO2) 水平上升导致的气候变化现已得到广泛认可。但是，等式的另一面——海洋对二氧化碳的大量吸收——受到的关注要少得多。地球海洋迅速吸收人类二氧化碳排放量的 25% 到 30%，从长远来看，随着水和空气在海洋表面混合，吸收量约为 85%。我们已经以这种方式“处理”了 5300 亿吨气体，目前全球范围内的速度为每小时一百万吨，比地球上数千万年来的速度还要快。我们正在酸化海洋，并从根本上改变其极其微妙的地球化学平衡。科学家们才刚刚开始调查其后果，但在我们的地质历史中，类似自然变化已导致地球水域发生多次大规模灭绝。
这种精心的平衡之所以能够经受住时间的考验，是因为火山排放的酸和岩石风化释放的碱之间近乎平衡。数百万年来，海水的 pH 值一直保持稳定。在工业时代开始之前，海洋表面的平均 pH 值约为 8.2（略呈碱性；7.0 为中性）。今天约为 8.1。
尽管这种变化看起来很小，但类似的自然变化也需要 5,000 到 10,000 年。我们却在 50 到 80 年内完成了。海洋生物在漫长而渐进的变化中幸存下来，但目前酸化的速度令人非常担忧。在本世纪内，排放可能会使表面 pH 值再降低 0.4 个单位，到 2100 年以后可能会降低多达 0.7 个单位。我们正在迅速走向一个与地球在过去 2500 多万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，约 89% 以碳酸氢根离子形式存在，约 10% 以碳酸根离子形式存在，1% 以溶解气体形式存在。现代海洋生物已经进化到适应这种化学成分。各种各样的生物利用碳酸根离子来制造骨骼：蜗牛、海胆、蛤蜊、螃蟹和龙虾。值得注意的是，它构成了微观浮游植物的钙化板，这些浮游植物非常丰富，对整个海洋食物链至关重要。同时，二氧化碳水平影响着各种水生生物的生理机能，对于大多数生物而言，这种机能已优化为在狭窄的溶解二氧化碳和海洋 pH 值范围内运行。
我们现在正在全球范围内进行一项非同寻常的化学实验。我们的化石燃料排放提高了海洋中溶解的二氧化碳水平，从而降低了碳酸根离子浓度并降低了 pH 值。除非我们大幅减少排放，否则到本世纪末，海洋阳光照射的表层（顶部约 100 码）可能会轻易损失 50% 的碳酸根离子。海洋动物将发现更难建造骨骼、构建珊瑚礁，或者仅仅是生长和呼吸。与过去的地质事件相比，这种转变的速度和规模令人震惊。
因此，我们面临一个困境。海洋对二氧化碳的吸收有助于控制大气变化。几十年来，气候科学家将这种吸收描述为社会的福祉，海洋化学家希望海底的碳酸钙沉积物能够以足够的量溶解，以抵消 pH 值的下降。但研究表明，沉积物溶解的速度不可能跟上快得多的酸化速度。社会可以继续依赖海洋的帮助，但代价是对所有海洋生物日益增长的威胁。
尽管我们的理解仍然模糊，但化石记录表明，在二氧化碳水平迅速上升的时期，海洋生物遭受了大规模灭绝。海洋动物的代谢功能通常会调整到狭窄的内部 pH 值范围。除了减少骨骼的钙化外，酸性更强的水还会酸化体液，可能增加呼吸压力并抑制新陈代谢。
有些生物可能可以忍受一定程度的变化，但更薄的贝壳会使其他生物更容易受到损害或捕食者的攻击。有些生物也可能在一定程度上忍受体液酸化，但即便如此，许多生物也会花费更多能量来维持其最佳的酸碱平衡，或者会努力为身体提供氧气并维持对生命至关重要的细胞功能。应对酸化的额外消耗可能会使它们更容易死亡。对于已适应极其稳定环境的深海动物来说，这些压力将尤为严重。即使动物能够幸存下来，这些压力也会消耗它们原本用于生长和繁殖的能量。
我们可能会首先在环境范围精确调整的动物群体中看到海洋酸化的影响，特别是那些已经“生活在边缘”的动物群体，例如珊瑚礁，它们已经因海洋温度升高而遭受了广泛的白化和死亡。较少受到重视的是对生活在海洋中层的大量微小动物群落的影响。这些生物在夜间大量迁徙到表层觅食，但在白天沉入深水以躲避捕食者。通过这样做，它们在温暖、富氧的表层和寒冷、缺氧的深水之间形成了关键的联系，也在整个海洋食物链中形成了关键的联系。
酸度增加和某些地区低氧区域的扩大可能会迫使这些中层生物进入较浅的水域，在那里它们将更容易受到捕食者的攻击。而且，如果正如预期的那样，低氧区域扩大和加剧，许多这些迁徙者可能会死亡。这些影响加在一起可能会切断浅水和深水之间这种每日迁徙的生命线——这种结果可能会影响到社会的海洋渔业。
海洋生物在多大程度上能够适应快速酸化仍然是一个悬而未决的问题，但确实有理由感到担忧。在地球历史上，海洋生物勉强经受住了巨大的环境扰动；大约 2.5 亿年前，大规模的火山活动被认为导致了海洋酸化和其他因素，导致 90% 的海洋物种死亡。
尽管人为造成的气候变化将温和得多，但采取强有力的即时行动来稳定二氧化碳水平对于最大限度地减少我们对海洋化学和生态系统的破坏至关重要。我们不能再否认我们在全球气候变化中的作用。现在是科学界、商界和政治领导人认真讨论如何最大限度地减少我们对空气和水的影响，限制我们化石燃料使用的影响，并计划如何适应即将到来的变化的时候了。
注：本文最初印刷时的标题为“The Other CO2 Problem”。