1成绩海洋学导论大作业论文题目：小议海洋酸化授课教师：徐航学院： 学号：姓名： 2015 年 5 月 8 日2摘要：海水酸化成为海洋中的严峻环境问题，由于人类活动导致海洋酸化的结论越来越深入人心。本文旨在讨论海洋酸化的成因、对于环境和生物的影响以及人类应该采取哪些措施控制海水酸化。关键词：海洋酸化，成因，影响，治理防控目录一、海洋酸化简介及成因简析 .31、海洋酸化简介 .32、海洋酸化原因简析 .4二、海水酸化的影响 .51、对海水化学成分的影响 .5无机碳浓度改变 .5重金属离子浓度上升 .62、海水酸化对生物生命活动的影响 .6对海洋生物钙化的影响 .6对于生物非钙化反应的影响 .73、海洋酸化对其他方面的影响 .8三、海洋酸化的治理和防护 .81、国际防护的立法工作 .8国际社会合作遏制气候变化 .8合力控制污染排放 .8控制大气污染 .82、区域防护的立法工作 .93、面对海洋酸化的具体对策 .9四、参考文献 .93一、海洋酸化简介及成因简析1、海洋酸化简介海洋酸化指的是海洋摄入大气中的二氧化碳增加导致的 PH 值下降的过程。最早在 2003 年由英国的自然杂志提出 ocean acidification 的概念。需要明确的是，海水酸化并非一定与人类活动相关，在地质历史上的五千六百万年前的 古新世 始新世气候最暖期，就曾经发生过严重的海洋酸化，原因未知，导致了大量生物死亡，所有海盆的碳酸钙沉积物发生溶解。在这里，我们讨论的是最近200 年以来发生的海洋酸化现象。图 1.1 海水表面 pH 值变化分布图（18 世纪至 20 世纪 90 年代）过去 200 年来，海水表层的 pH 值已经下降了 0.1，酸度上涨了 30，据估计到 2100 年将进一步下降 0.30.5 单位，那时氢离子浓度将是工业化之前的 120倍。表 1 全球海洋表面 pH 值变化表(翻译自维基百科 )时间 pH pH 相对前工业化时代 的变化 资料来源 H+ 相对前工业化时代的浓度变化4前工业化时代(18 世纪前) 8.179 - 沉积物推测 -近年来（1990 年代） 8.104 0.075 实测 + 18.9%当前水平 8.069 0.11 实测 + 28.8%2050 (2CO2= 560 ppm) 7.949 0.230 模型分析 + 69.8%2100 (IS92a) 7.824 0.355 模型分析 + 126.5%2、海洋酸化原因简析无论是现今还是古新世 始新世的过渡期，出现海洋酸化的直接原因都是一样的，那就是大气中二氧化碳的含量大幅增加。如下图所示，海洋中无时无刻不在发生如下的反应：CO2 (aq) + H2O H2CO3 HCO3 + H+ CO32 + 2 H+在正常情况下，海水和大气的碳交换是处在一个动态的平衡之中，大气中的二氧化碳可以维持海水中的 pH 值（即 H+浓度）的稳定，相对的，海水也可以维持大气的二氧化碳含量稳定。在人类工业化开始以前，海洋每年吸收碳大约 700亿吨，同时释放约 706 亿吨，相差只有不到百分之一。5图 1.2 海水和大气碳交换示意图当大气中的二氧化碳含量增加时，便会促进上述的反应向正方向进行，从而使得氢离子浓度增大，pH 值下降。在古新世 始新世气候最暖期 ，可能就是由于大量火山喷发等地壳运动导致大气中二氧化碳含量增加引发海水酸化。在近现代，原因则很大程度上是因为人类的工业活动燃烧大量化石燃料引发大气二氧化碳含量增大，统计表明海水吸收了人类碳排放的 30左右，海水吸收碳的速率仍然可达每天 2500 万吨，形势不容乐观。海洋酸化最重要的因素就是温度。在较低的温度下，二氧化碳溶解度更高，海水对二氧化碳的吸收能力更强，因此极地海洋吸收了大约 40的二氧化碳，远远大于其占海洋总面积的比例。另外，海洋的 pH 值本身也会影响二氧化碳的吸收速率，尽管每年吸收总量变化不大，但是相对比率较陆地植物吸收相比有所下降。二、海水酸化的影响1、对海水化学成分的影响这里简要分析两个方面。无机碳浓度改变海水酸度上升对海水影响了海水中无机碳的存在形式和浓度比例，海水中的CO32-、HCO 3-、CO 2 的比率随 pH 值的变化如下图所示。6图 2.1 海水中 pH 值对无机碳浓度的影响显然，现在的海水 pH 值是向着箭头方向发展的，会导致海水中的碳酸根浓度减小，直接影响到了海水中的钙化过程。海水中的钙离子和碳酸根离子存在着以下的动态平衡：其中 是平衡常数，在海水中的不同层面 的大小不同，存在天然的梯度分割线，当 大于 1 时，离子浓度乘积大于溶度积，反应向形成沉淀进行，但是海水中碳酸根浓度减小，会令海水中的碳酸钙溶解补偿。开阔大洋海水中的 HCO3-占总溶解无机碳(DIC)的 90%以上, CO32-浓度占 9%左右, CO2 占 1%以下。大气 CO2 浓度的升高会使溶解 CO2, HCO3-和 H+浓度增加, 而 CO32-浓度和 CaCO3 饱和度下降。重金属离子浓度上升海水中的 pH 值对海水中的重金属离子的浓度也会产生影响，在正常情况下的微量元素，可能就会因为浓度增大变成有毒物质，这其中典型的代表就是铜元素和锌元素。酸化海水中的这些物质的化学性质会产生影响，因为海水中的重金属元素一般是以复杂的混合物和自由溶解态存在，当氢离子浓度增大时，游离态的重金属离子浓度会增大。2、海水酸化对生物生命活动的影响对海洋生物钙化的影响由上文的论述我们可以得知海水酸化将会导致碳酸钙更容易溶解，所以很有可能会对生物的钙化能力产生影响。研究发现下面的生物的生命活动依赖于所产生的碳酸钙结构，球石藻类的利用阳光进行光合作用的浮游生物，它们被一小块碳酸钙覆盖，这些钙化物能够增加球石藻重量，加速细胞沉降，有助于营养吸收；7软体动物如海洋蜗牛，这些微小的生物是鱼类和海洋哺乳动物的主要食物来源，其身体外有一层甲壳，成分中有碳酸钙；珊瑚虫是海洋生态系统食物链中的重要一环，它们过滤水中浮游生物进行采食，分泌出珊瑚，为其他生物提供栖息地。海水酸化对钙质生物正常的生存造成了严重的威胁，南大洋翼足类和有孔虫碳酸钙贝壳的质量在下降，也显示大堡礁珊瑚近来在钙化方面也降低了。文石饱和线的预测暗示暖水珊瑚礁中钙化速率在下个世纪将降低 30%。同时，研究者还发现不同的钙化生物对于环境变化的适应能力不一样，当二氧化碳浓度达到 740PPM 的时候，北海蓝色贻贝的钙化率将下降 25%。其他条件一样的情况下，波罗的海的贻贝类生物在即使 pH=7.5 的时候，生长也很好。至今无法得知 pCO2、溶解无机碳、pH、CaCO 3 饱和度之中哪个因素对钙化生物产生决定性的影响。图 2.2 酸化海水对软体动物甲壳的影响对于生物非钙化反应的影响这里的影响主要有二氧化碳浓度增加对于海洋光合作用生物和其他生物的影响。毫无疑问海水中的二氧化碳浓度增加，意味着海水中的光合作用生物的反应底物浓度增加，理论上说会促进光合作用的反应速率，但是结果证明了海水中的二氧化碳浓度增加还有可能会对生物产生胁迫效应，所以二氧化碳的增加对于不同