海洋碳酸盐系统与海洋酸化

溶解的二氧化碳、碳酸氢盐和碳酸盐离子之间的反应构成了缓冲海洋pH值、储存大部分无机碳的化学机制，而现在正被大气中不断上升的二氧化碳推向失衡。

Definition

海洋碳酸盐系统是连接海水中二氧化碳、碳酸、碳酸氢盐和碳酸盐离子的一系列耦合化学平衡；海洋酸化是由于海洋吸收人为二氧化碳导致海水pH值和碳酸盐饱和度持续下降的过程。

Scope

本主题涵盖海水碳酸盐系统的平衡、pH值、总碱度、溶解无机碳和二氧化碳分压等可测量参数；海水的缓冲能力；碳酸钙矿物的饱和状态；以及海洋酸化的原因和生物学后果。

Core questions

• 碳酸盐平衡如何将无机碳分配到其化学形态中？
• pH值、碱度、溶解无机碳和二氧化碳分压各测量什么？
• 碳酸盐系统如何缓冲海水以抵抗pH值的变化？
• 为什么二氧化碳升高会降低海水pH值和碳酸钙的饱和状态？

Key theories

碳酸盐平衡与缓冲

溶解的二氧化碳反应形成碳酸，碳酸解离成碳酸氢盐和碳酸盐，这个系统能抵抗pH值变化，并根据pH值和温度在不同物种之间分配碳。

酸化与碳酸钙饱和度

增加的二氧化碳会提高氢离子和碳酸氢盐的浓度，同时降低碳酸盐离子，从而降低文石和方解石的饱和状态，并给钙化生物带来压力。

Mechanisms

当二氧化碳溶解在海水中时，它会形成碳酸，碳酸会解离并释放氢离子；这些氢离子与碳酸盐离子反应形成碳酸氢盐，从而降低pH值并消耗珊瑚、软体动物和许多浮游生物赖以构建碳酸钙壳和骨骼的碳酸盐离子。

Clinical relevance

海洋酸化威胁着珊瑚礁、贝类和海洋食物网底部的翼足类动物，对渔业和沿海经济造成影响；碳酸盐系统还决定了海洋能吸收多少二氧化碳，这对于全球碳预算至关重要。

History

雷维尔（Revelle）和苏斯（Suess）在1957年指出，海水化学限制了海洋吸收化石燃料二氧化碳的速度。从20世纪90年代开始，持续的测量记录了公海pH值的下降，随着其生物风险的明确，海洋酸化一词在21世纪初被广泛使用。

Key figures

• Roger Revelle
• Richard Feely
• Scott Doney

Seminal works

• zeebeWolfGladrow2001
• doney2009

Frequently asked questions

什么是总碱度？

总碱度是衡量海水酸中和能力的一个指标，主要由碳酸氢盐和碳酸盐离子决定；它与另一个碳酸盐参数一起，使化学家能够计算出完整的碳酸盐系统。

为什么海洋酸化会伤害造壳生物？

酸化会降低碳酸盐离子的浓度，并降低碳酸钙的饱和状态，使珊瑚、软体动物和一些浮游生物更难、更耗能地建造和维持它们的壳。