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单细胞生命形式在世界各地的海洋中繁衍生息——并且已经存在了数亿年。被称为钙质纳米浮游生物的微小生物会构建茂盛的微观外壳——类似于车轮、鱼鳞，甚至是中心装饰着崎岖爆炸的重叠椭圆形盾牌——被称为“球石”。形成这些外壳的能力取决于溶解在海水中的碳酸钙 (CaCO3) 的含量——而该含量取决于大气中二氧化碳 (CO2) 的浓度。
二氧化碳是人类活动（特别是化石燃料和森林燃烧）排放的普遍温室气体。随着大气中含量上升（目前为百万分之 390 且还在增加），海洋表面水会吸收更多的分子。这种水-二氧化碳混合物会形成碳酸，这会略微降低海洋的整体 pH 值（pH 值越低，酸性越强）。更酸性的海水意味着更少的碳酸钙——以及更少的材料供各种大小的植物和动物（包括构成食物链基础的纳米浮游生物）构建外壳。
当然，现在的时代绝不是地球第一次出现较高水平的二氧化碳。事实上，大约 1.21 亿年前——在被称为早阿普第期的一个时期——由于灾难性的火山喷发，全球二氧化碳水平可能高于 800 ppm（甚至可能高达 2,000 ppm）。现在，一项新研究发表在 7 月 23 日的《科学》杂志上，显示了今天纳米浮游生物的祖先在很久以前的那些酸性海洋中的表现。
米兰大学的古生物学家伊丽莎白·厄尔巴及其同事在研究了在太平洋深海底和中生代时期存在的古代特提斯海洋地点的钻探岩芯中嵌入的碳同位素后写道，这是一个“严重的全球变暖”时期。记录显示，酸化对纳米浮游生物来说是一个大问题。“在阿普第期，由于二氧化碳引起的酸化加剧，海洋钙化生物经历了重大危机，”厄尔巴说。
但这场危机并非重大的灭绝事件。纳米浮游生物的反应是减少外壳的形成——最重的外壳形成者，即纳米锥形体，在化石记录中基本消失（尽管它们没有灭绝，同样的物种在酸化减少后又重新出现）——并通过多样化为新的、更小的物种。在某些情况下，物种甚至数量增加，但大小缩小——最多可达 60%。厄尔巴指出，“某些[广泛]物种也证实了畸形。”
根据研究，至少需要 25,000 年的时间，表面水中达到的新酸度水平才能转移到更深的水域——海洋花了 75,000 年的时间才达到该阶段的峰值酸度，以及至少 160,000 年的时间才能恢复。这一阶段的长度“很可能是因为几次二氧化碳脉冲[火山爆发]导致了海洋酸化”，厄尔巴说。此外，她计划检查地质记录中的其他高二氧化碳事件，看看“相同的因素——过量的二氧化碳、全球变暖、海洋酸化——是否在不同时期对海洋钙化生物产生类似的影响”。
宾夕法尼亚州立大学的地球科学家蒂莫西·布拉洛尔指出，表面水酸化和深层水酸化之间 25,000 年的时间滞后是神秘的，他没有参与这项研究。“在现代海洋中，类似的碳输入会导致数个世纪的时间滞后，”他指出。“所以有些事情非常不同。”而且，纳米锥形体甚至在化石记录表明火山碳同位素较轻之前就开始消失——换句话说，大概在实际酸化之前。尽管如此，他说，“就我们对大量二氧化碳输入对表层海洋生态系统的影响的理解而言，它提供了最先进的技术。”
这对现代纳米浮游生物——以及其他形成外壳的微观生命，如有孔虫来说，可能是一个坏消息。厄尔巴说，有孔虫对阿普第期事件的反应类似，尽管“数据仍然稀少”。现代实验与化石记录一致：实验室测试中的高二氧化碳水平会促使“选择性球石畸形、侏儒症和钙化减少”，厄尔巴指出，而这些结果有时是相互矛盾的，布拉洛尔补充道。
无论如何，南大洋中至少一种现代有孔虫的外壳已经比仅一个世纪前的祖先小了。而且，现代大气中二氧化碳的积累速度比这些古代时期快得多。塔斯马尼亚州霍巴特南极气候和生态系统合作研究中心的海洋地质学家威廉·霍华德指出，“目前海洋酸化的速度大约是地质历史上最快速事件的 100 倍。”此外，全球变暖的直接影响可能会使情况变得复杂——就像现代珊瑚因海水温度升高而遭受白化加剧，以及海洋酸化导致的碳酸盐骨骼形成能力降低一样。布拉洛尔补充说：“最大的问题是，现代物种是否能够适应我预计未来几个世纪内 pH 值将更快下降的情况。”
这些构成食物链基础的微小形成外壳的生物的转变，或者像珊瑚一样，提供使其他物种得以繁衍生息的栖息地，将会扰乱海洋。而且，正如这项研究表明的那样，海洋从酸化中恢复可能需要数千年——这依赖于大陆岩石的稳定、缓慢风化，以便将更多的碳酸盐冲入海洋。“如果这项研究和其他研究的结论是正确的，”霍华德指出，“海洋的恢复将需要数十万年。”