تحمض المحيطات

يؤدي ذوبان _ثاني أكسيد الكربون في مياه البحر إلى زيادة تركيز أيون الهيدروجين ( H ⁺ ) في المحيط، وبالتالي انخفاض درجة حموضة المحيط، على النحو التالي: ^{[ 28 ]}

CO _{2 (aq)} + H ₂ O ⇌ H ₂ CO ₃ ⇌ HCO − 3 + H ⁺ ⇌ CO 2− 3 + 2 H ⁺ _.

في المناطق الساحلية الضحلة والجرف القاري، تتفاعل عدة عوامل لتؤثر على تبادل ثاني أكسيد الكربون بين الهواء والمحيط وما ينتج عنه من تغير في درجة الحموضة. _[ 29 ^{] [ 30 ] وتشمل هذه} العوامل العمليات البيولوجية، مثل التمثيل الضوئي والتنفس، ^{[ 31 ]} بالإضافة إلى صعود المياه. ^{[ 32 ]} كما أن استقلاب النظام البيئي في مصادر المياه العذبة التي تصل إلى المياه الساحلية قد يؤدي إلى تغيرات كبيرة، ولكنها محلية، في درجة الحموضة. ^{[ 29 ]}

يبدو أن المسطحات المائية العذبة تشهد أيضاً زيادة في الحموضة، على الرغم من أن هذه الظاهرة أكثر تعقيداً وأقل وضوحاً. ^{[ 33 ] [ 34 ]}

لا يؤثر امتصاص _ثاني أكسيد الكربون من الغلاف الجوي على قلوية المحيط . ^{[ 35 ] : 2252.} من المهم معرفة ذلك في هذا السياق، لأن القلوية هي قدرة الماء على مقاومة التحمض . ^{[ 36 ]} وقد اقتُرح تعزيز قلوية المحيط كأحد الخيارات لزيادة قلوية المحيط وبالتالي التخفيف من آثار تغيرات الرقم الهيدروجيني.

يمكن أن تُحدث التغيرات في كيمياء المحيطات آثارًا مباشرة وغير مباشرة واسعة النطاق على الكائنات الحية وموائلها. ومن أهم تبعات ازدياد حموضة المحيطات إنتاج الأصداف من كربونات الكالسيوم ( CaCO₃ ). ^[ ₄ ^] تُعرف هذه العملية بالتكلس، وهي بالغة الأهمية لبيولوجيا وبقاء طيف واسع من الكائنات البحرية. يتضمن التكلس ترسيب الأيونات الذائبة في هياكل صلبة _من ^{كربونات} الكالسيوم ، وهي هياكل أساسية للعديد من الكائنات البحرية، مثل الكوكوليثوفورات ، والمنخربات ، والقشريات ، والرخويات ، وغيرها . بعد تكوّن هذه الهياكل، تصبح عرضة للذوبان ما لم تحتوي مياه البحر المحيطة بها على تركيزات مشبعة من أيونات الكربونات (CO₃²⁻ ₎ .

لا يبقى إلا القليل من ثاني أكسيد الكربون الزائد المضاف إلى المحيط على شكل ثاني أكسيد كربون مذاب. يتفكك معظمه إلى بيكربونات إضافية وأيونات هيدروجين حرة. الزيادة في الهيدروجين أكبر من الزيادة في البيكربونات، ^{[ 37 ]} مما يُحدث خللاً في التفاعل.

HCO − 3 ⇌ CO 2− 3 + H ⁺

للحفاظ على التوازن الكيميائي، تتحد بعض أيونات الكربونات الموجودة في المحيط مع بعض أيونات الهيدروجين لتكوين المزيد من البيكربونات. وبالتالي، ينخفض ​​تركيز أيونات الكربونات في المحيط، مما يؤدي إلى إزالة عنصر أساسي لبناء أصداف الكائنات البحرية، أو ما يُعرف بالتكلس.

Ca ²⁺ + CO 2− 3 ⇌ CaCO ₃

يظهر في مخطط بييروم الزيادة في تركيزات ثاني أكسيد الكربون المذاب والبيكربونات، وانخفاض الكربونات .

يُعدّ اضطراب السلسلة الغذائية أحد الآثار المحتملة، إذ تعتمد العديد من الكائنات البحرية على الكائنات الحية التي تعتمد على كربونات الكالسيوم في قاعدة السلسلة الغذائية للحصول على الغذاء والمأوى. وقد يُؤدي ذلك إلى آثار ضارة على امتداد الشبكة الغذائية، وربما إلى انخفاض في مخزون الأسماك، مما سيؤثر على سبل عيش الإنسان. ^{[ 38 ]}

تُعد حالة التشبع ( المعروفة باسم Ω) لمياه البحر بالنسبة لمعدن ما مقياسًا للإمكانات الديناميكية الحرارية لتكوين المعدن أو ذوبانه، وبالنسبة لكربونات الكالسيوم، يتم وصفها بالمعادلة التالية:

${\displaystyle {\Omega }={\frac {\left[{\ce {Ca^2+}}\right]\left[{\ce {CO3^2-}}\right]}{K_{sp}}}}$

هنا ، يُمثل Ω حاصل ضرب تركيزات (أو نشاط ) الأيونات المتفاعلة المُكوِّنة للمعدن ( Ca + 2 و CO2−3 ) ، مقسومًا على حاصل الذوبان الظاهري عند الاتزان (Ksp ₎ ، أي عندما تتساوى معدلات الترسيب والذوبان. ^{[ 40 ]} في مياه البحر، يتشكل حد الذوبان نتيجةً لدرجة الحرارة والضغط والعمق، ويُعرف باسم أفق التشبع. ^{[ 4 ]} فوق أفق التشبع هذا، تكون قيمة Ω أكبر من 1، ولا يذوب CaCO3 بسهولة. تعيش معظم الكائنات المُكلسة في هذه المياه. ^{[ 4 ]} تحت هذا العمق، تكون قيمة Ω أقل من 1، ويذوب CaCO3. _عمق تعويض الكربونات هو عمق المحيط الذي يتوازن عنده ذوبان الكربونات مع إمداد الكربونات إلى قاع البحر، وبالتالي فإن الرواسب تحت _هذا العمق ستكون خالية من كربونات الكالسيوم. ^{[ 41 ]} يؤدي ارتفاع مستويات _ثاني أكسيد الكربون ، وما ينتج عنه من انخفاض في درجة حموضة مياه البحر، إلى انخفاض تركيز CO 2− 3 وحالة تشبع CaCO ₃ وبالتالي زيادة ذوبان CaCO ₃ .

يوجد كربونات الكالسيوم عادةً في شكلين بلوريين شائعين : الأراغونيت والكالسيت . الأراغونيت أكثر ذوبانًا من الكالسيت، لذا فإن مستوى تشبع الأراغونيت، وعمق تعويض الأراغونيت، يكونان دائمًا أقرب إلى السطح من مستوى تشبع الكالسيت. ^{[ 4 ]} وهذا يعني أيضًا أن الكائنات الحية التي تُنتج الأراغونيت قد تكون أكثر عرضةً لتغيرات حموضة المحيطات من تلك التي تُنتج الكالسيت. ^{[ 42 ]} يؤدي تحمض المحيطات وما ينتج عنه من انخفاض في حالات تشبع الكربونات إلى رفع مستويات تشبع كلا الشكلين لتكون أقرب إلى السطح. ^{[ 4 ]} يُعد هذا الانخفاض في حالة التشبع أحد العوامل الرئيسية التي تؤدي إلى انخفاض التكلس في الكائنات البحرية، لأن الترسيب غير العضوي لكربونات الكالسيوم (CaCO3 ₎ يتناسب طرديًا مع حالة تشبعها، وتُظهر الكائنات المُكلسة إجهادًا في المياه ذات حالات التشبع المنخفضة. ^{[ 43 ]}

تتدفق كميات كبيرة من المياه غير المشبعة بالأراغونيت حاليًا إلى السطح بالقرب من منطقة الجرف القاري للمحيط الهادئ في أمريكا الشمالية، من فانكوفر إلى شمال كاليفورنيا . ^{[ 44 ]} وتلعب هذه الجروف القارية دورًا هامًا في النظم البيئية البحرية، حيث تعيش معظم الكائنات البحرية أو تتكاثر فيها. وقد تشهد مناطق جرف أخرى تأثيرات مماثلة. ^{[ 44 ]}

في أعماق تصل إلى آلاف الأمتار في المحيط، تبدأ أصداف كربونات الكالسيوم بالذوبان نتيجةً لزيادة الضغط وانخفاض درجة الحرارة، مما يُغيّر التوازنات الكيميائية التي تتحكم في ترسيب كربونات الكالسيوم. ^{[ 45 ]} يُعرف العمق الذي يحدث عنده هذا الذوبان بعمق تعويض الكربونات . سيؤدي تحمض المحيطات إلى زيادة هذا الذوبان وتقليل عمق تعويض الكربونات على مدى زمني يتراوح بين عشرات ومئات السنين. ^{[ 45 ]} تتأثر مناطق التيارات الهابطة أولًا. ^{[ 46 ]}

في شمال المحيط الهادئ وشمال المحيط الأطلسي، تتناقص مستويات التشبع أيضًا (يصبح عمق التشبع أقل عمقًا). ^{[ 22 ] : 396} يتفاقم تحمض المحيطات في المحيط المفتوح مع انتقال _ثاني أكسيد الكربون إلى أعماق أكبر نتيجةً لاختلاط مياه المحيط. في المحيط المفتوح، يؤدي ذلك إلى انخفاض أعماق تعويض الكربونات، مما يعني أن ذوبان كربونات الكالسيوم سيحدث أسفل تلك الأعماق. في شمال المحيط الهادئ، تتناقص أعماق تشبع الكربونات بمعدل1-2 متر / سنة  . ^{[ 22 ] : 396}

من المتوقع أن يؤدي تحمض المحيطات في المستقبل إلى انخفاض كبير في دفن الرواسب الكربوناتية لعدة قرون، بل وحتى إلى ذوبان الرواسب الكربوناتية الموجودة. ^{[ 47 ]}

بين عامي 1950 و2020، تشير التقديرات إلى انخفاض متوسط ​​قيمة الرقم الهيدروجيني لسطح المحيط من حوالي 8.15 إلى 8.05. ^{[ 2 ]} ويمثل هذا زيادة بنحو 26% في تركيز أيونات الهيدروجين في محيطات العالم (مقياس الرقم الهيدروجيني لوغاريتمي، لذا فإن تغير وحدة واحدة في الرقم الهيدروجيني يعادل تغيرًا بمقدار عشرة أضعاف في تركيز أيونات الهيدروجين). ^{[ 50 ]} فعلى سبيل المثال، خلال فترة الخمسة عشر عامًا الممتدة من 1995 إلى 2010 وحدها، زادت الحموضة بنسبة 6% في الطبقة العليا  من المحيط الهادئ التي لا تتجاوز 100 متر، من هاواي إلى ألاسكا. ^{[ 51 ]}

ذكر التقرير التقييمي السادس للهيئة الحكومية الدولية المعنية بتغير المناخ لعام 2021 أن "قيم الرقم الهيدروجيني السطحي الحالية غير مسبوقة منذ 26000 عام على الأقل، وأن معدلات تغير الرقم الهيدروجيني الحالية غير مسبوقة منذ ذلك الوقت على الأقل. ^{[ 52 ] : 76} وقد انخفضت قيمة الرقم الهيدروجيني في أعماق المحيطات خلال العشرين إلى الثلاثين عامًا الماضية في جميع أنحاء المحيطات العالمية. ^{[ 52 ] : 76} كما وجد التقرير أن "الرقم الهيدروجيني في مياه سطح المحيطات المفتوحة قد انخفض بنحو  0.017 إلى 0.027 وحدة رقم هيدروجيني لكل عقد منذ أواخر ثمانينيات القرن الماضي". ^{[ 53 ] : 716}

يختلف معدل الانخفاض باختلاف المناطق. ويعود ذلك إلى التفاعلات المعقدة بين أنواع مختلفة من آليات التأثير: ^{[ 53 ] : 716} "في المحيط الهادئ الاستوائي، شهدت مناطق الصعود الوسطى والشرقية انخفاضًا أسرع في درجة الحموضة يتراوح بين -0.022 و-0.026 وحدة حموضة لكل عقد." ويُعتقد أن هذا "يعود إلى زيادة صعود المياه الجوفية الغنية _بثاني أكسيد الكربون ، بالإضافة إلى امتصاص ثاني أكسيد الكربون الناتج عن الأنشطة البشرية." _[ 53 ^{] : 716 في المقابل} ، شهدت بعض المناطق معدل تحمض أبطأ: فقد لوحظ انخفاض في درجة الحموضة يتراوح بين -0.010 و-0.013 وحدة حموضة لكل عقد في البرك الدافئة في غرب المحيط الهادئ الاستوائي. ^{[ 53 ] : 716}

قد يتأثر معدل حدوث تحمض المحيطات بمعدل ارتفاع درجة حرارة سطح المحيط ، لأن المياه الدافئة لا تمتص كميات كبيرة من _ثاني أكسيد الكربون . ^{[ 54 ]} لذلك، قد يؤدي ارتفاع درجة حرارة مياه البحر إلى الحد من امتصاص _ثاني أكسيد الكربون ، وبالتالي تقليل التغير في درجة الحموضة (pH) عند زيادة معينة في تركيز _ثاني أكسيد الكربون . ^{[ 54 ]} ويُعد اختلاف التغيرات في درجات الحرارة بين الأحواض أحد الأسباب الرئيسية لاختلاف معدلات التحمض في مختلف المناطق.

وقد شُبّهت المعدلات الحالية لتحمض المحيطات بحدث الاحتباس الحراري الذي حدث عند حدود العصر الباليوسيني-الإيوسيني (منذ حوالي 56  مليون سنة)، عندما ارتفعت درجات حرارة سطح المحيط بنسبة5-6 درجات مئوية  . في ذلك الحدث، تعرضت النظم البيئية السطحية لتأثيرات متنوعة، لكن الكائنات الحية القاعية في أعماق المحيط شهدت انقراضًا كبيرًا. ^{[ 55 ]} حاليًا، يبلغ معدل إضافة الكربون إلى نظام الغلاف الجوي والمحيطات حوالي عشرة أضعاف المعدل الذي حدث عند الحد الفاصل بين العصرين الباليوسيني والإيوسيني. ^{[ 56 ]}

توجد الآن أنظمة رصد واسعة النطاق أو يجري إنشاؤها لرصد كيمياء _{ثاني أكسيد} الكربون في مياه البحر وتحمضها في كل من المحيط المفتوح العالمي وبعض الأنظمة الساحلية. ^{[ 19 ]}

حدثت ظاهرة تحمض المحيطات سابقًا في تاريخ الأرض. ^{[ 14 ]} وقد حدثت خلال انقراض الكابيتاني الجماعي ، ^{[ 65 ] [ 66 ] [ 67 ]} وفي انقراض نهاية العصر البرمي ، ^{[ 68 ] [ 69 ] [ 70 ]} وخلال انقراض نهاية العصر الترياسي ، ^{[ 71 ] [ 72 ] [ 73 ]} وخلال حدث انقراض العصر الطباشيري-الباليوجيني . ^{[ 74 ]}

ارتبطت ثلاث من أحداث الانقراض الجماعي الخمسة الكبرى في الماضي الجيولوجي بزيادة سريعة في ثاني أكسيد الكربون في الغلاف الجوي، ربما بسبب النشاط البركاني و/أو التفكك الحراري لهيدرات الغاز البحرية . ^{[ 75 ]} أثرت مستويات _ثاني أكسيد الكربون المرتفعة على التنوع البيولوجي. ^{[ 76 ]} وقد اقتُرح انخفاض تشبع كربونات الكالسيوم _نتيجة امتصاص مياه البحر _لثاني أكسيد الكربون البركاني كآلية محتملة للإبادة خلال الانقراض الجماعي البحري في نهاية العصر الترياسي . ^{[ 71 ]} لا تزال الأزمة البيولوجية في نهاية العصر الترياسي المثال الأكثر وضوحًا على الانقراض الجماعي البحري الناتج عن تحمض المحيطات، وذلك للأسباب التالية: (أ) تشير سجلات نظائر الكربون إلى زيادة النشاط البركاني الذي قلل من ترسب الكربونات، مما أدى إلى انخفاض عمق تعويض الكربونات وحالة تشبعها، وتزامن الانقراض البحري بدقة مع السجل الطبقي، ^{[ 73 ] [ 72 ] [ 77 ]} و(ب) كان هناك انتقائية واضحة للانقراض ضد الكائنات الحية ذات الهياكل الأراغونيتية السميكة، ^{[ 73 ] [ 78 ] [ 79 ]} وهو ما تنبأت به الدراسات التجريبية. ^{[ 80 ]} كما اقتُرح تحمض المحيطات كأحد أسباب الانقراض الجماعي في نهاية العصر البرمي ^{[ 69 ] [ 68 ]} وأزمة نهاية العصر الطباشيري. ^{[ 74 ]} بشكل عام، من المرجح أن تكون عوامل الضغط المناخية المتعددة، بما في ذلك تحمض المحيطات، سببًا في أحداث الانقراض الجيولوجي. ^{[ 75 ]}

يُعدّ الحد الأقصى الحراري في العصر الباليوسيني-الإيوسيني (PETM) أبرز مثال على تحمض المحيطات ، والذي حدث  قبل حوالي 56 مليون سنة عندما دخلت كميات هائلة من الكربون إلى المحيط والغلاف الجوي، مما أدى إلى ذوبان الرواسب الكربوناتية في العديد من أحواض المحيطات. ^{[ 76 ]} تشير الطرق الجيوكيميائية الحديثة نسبيًا لاختبار درجة الحموضة (pH) إلى انخفاضها بمقدار 0.3 وحدة خلال فترة PETM. ^{[ 81 ] [ 82 ]} تُظهر إحدى الدراسات التي حللت نظام الكربونات البحرية لتحديد حالة التشبع أنه قد لا يتغير كثيرًا خلال فترة PETM، مما يشير إلى أن معدل إطلاق الكربون، وفقًا لأفضل تشبيه جيولوجي لدينا، كان أبطأ بكثير من انبعاثات الكربون الناتجة عن الأنشطة البشرية. ومع ذلك، ثمة حاجة إلى طرق تقريبية أكثر دقة لاختبار حالة التشبع لتقييم مدى تأثير هذا التغير في درجة الحموضة على الكائنات الحية المُكلسة.

إن العواقب البيئية الكاملة للتغيرات في التكلس نتيجة تحمض المحيطات معقدة، ولكن من المرجح أن تتأثر العديد من الأنواع المُتكلسة سلبًا بتحمض المحيطات. ^{[ 19 ] [ 22 ] : 413} يؤدي ازدياد تحمض المحيطات إلى صعوبة وصول الكائنات الحية التي تُكوّن أصدافها إلى أيونات الكربونات، الضرورية لإنتاج صدفة هيكلها الخارجي الصلب. ^{[ 90 ]} تشمل الكائنات الحية المُتكلسة في المحيطات مختلف مراحل السلسلة الغذائية ، من ذاتية التغذية إلى غيرية التغذية ، وتضم كائنات مثل الكوكوليثوفورات ، والمرجان ، والمنخربات ، وشوكيات الجلد ، والقشريات ، والرخويات . ^{[ 88 ] [ 91 ]}

بشكل عام، ستتعرض جميع النظم البيئية البحرية على الأرض لتغيرات في حموضة المحيطات والعديد من التغيرات البيوجيوكيميائية الأخرى. ^{[ 92 ]} قد تجبر حموضة المحيطات بعض الكائنات الحية على إعادة توجيه مواردها بعيدًا عن نقاط الإنتاج للحفاظ على التكلس. ^{[ 93 ]} على سبيل المثال، من المعروف أن محار ماجالانا جيجاس يعاني من تغيرات أيضية إلى جانب تغير معدلات التكلس نتيجة للمقايضات الطاقية الناجمة عن اختلالات الرقم الهيدروجيني. ^{[ 94 ]}

في الظروف الطبيعية، يكون الكالسيت والأراغونيت مستقرين في المياه السطحية نظرًا لتشبع أيونات الكربونات فيها مقارنةً بمياه البحر. مع ذلك، ومع انخفاض درجة حموضة المحيط، ينخفض ​​تركيز أيونات الكربونات أيضًا. وبالتالي، تصبح كربونات الكالسيوم غير مشبعة، وتصبح التراكيب المصنوعة منها عرضةً لإجهاد التكلس والذوبان. ^{[ 95 ]} على وجه الخصوص، تُظهر الدراسات أن المرجان، ^{[ 96 ] [ 97 ]} والكوكوليثوفورات، ^{[ 91 ] [ 29 ] [ 98 ]} والطحالب المرجانية، ^{[ 99 ]} والمنخربات، ^{[ 100 ]} والمحار والبتروبودات ^{[ 101 ]} تعاني من انخفاض في التكلس أو زيادة في الذوبان عند تعرضها لمستويات مرتفعة من _ثاني أكسيد الكربون . حتى مع ممارسات الحفظ البحري النشطة ، قد يكون من المستحيل استعادة العديد من تجمعات المحار السابقة. ^{[ 102 ]}

وجدت بعض الدراسات استجابات مختلفة لتحمض المحيطات، حيث يزداد كل من تكلس الكوكوليثوفور وعملية التمثيل الضوئي في ظل ارتفاع تركيز ثاني _أكسيد الكربون في الغلاف الجوي ، ^{[ 103 ]} ، بينما ينخفض ​​الإنتاج الأولي والتكلس بشكل متساوٍ استجابةً لارتفاع تركيز _ثاني أكسيد الكربون ، ^{[ 104 ]} أو يختلف اتجاه الاستجابة بين الأنواع. ^{[ 105 ]}

وبالمثل، يُظهر نجم البحر، Pisaster ochraceus ، نموًا متزايدًا في المياه ذات الحموضة المتزايدة. ^{[ 106 ]}

قد يؤثر انخفاض التكلس الناتج عن تحمض  المحيطات على عملية عزل الكربون من الغلاف الجوي إلى قاع المحيط ورواسبه ، مما يُضعف ما يُعرف بالمضخة البيولوجية . ^{[ 74 ]} كما قد يُقلل تحمض مياه البحر من حجم العوالق النباتية في القطب الجنوبي، مما يجعلها أقل فعالية في تخزين الكربون. ^{[ 107 ]} وتُدرس هذه التغيرات وتُحلل بشكل متزايد باستخدام أطر عمل فسيولوجية، بما في ذلك إطار عمل مسار النتائج السلبية (AOP) . ^{[ 94 ]}

الكوكوليثوفور كائن حي وحيد الخلية ، حقيقي النواة، من العوالق النباتية ( الطحالب ). يُعد فهم تغيرات التكلس في الكوكوليثوفور ذا أهمية خاصة، لأن انخفاض أعدادها قد يكون له آثار ثانوية على المناخ: إذ يُمكن أن يُساهم في ظاهرة الاحتباس الحراري عن طريق تقليل بياض الأرض من خلال تأثيرها على الغطاء السحابي للمحيطات. ^{[ 108 ]} وقد فحصت دراسة أُجريت عام 2008 عينة لبية من الرواسب من شمال المحيط الأطلسي ، ووجدت أن التركيب النوعي للكوكوليثوفوريدات ظل دون تغيير على مدى الـ 224 عامًا الماضية (من 1780 إلى 2004). لكن متوسط ​​كتلة الكوكوليث قد ازداد بنسبة 40% خلال الفترة نفسها. ^{[ 103 ]}

من الواضح أن الشعاب المرجانية في المياه الدافئة تشهد تراجعاً ملحوظاً، حيث بلغت خسائرها 50% خلال الثلاثين إلى الخمسين عاماً الماضية نتيجةً لتهديدات متعددة، منها ارتفاع درجة حرارة المحيطات، وتحمضها، والتلوث ، والأضرار المادية الناجمة عن أنشطة مثل الصيد، ومن المتوقع أن تتفاقم هذه الضغوط. ^{[ 109 ] [ 22 ] : 416}

يُعدّ السائل الموجود في الحجرات الداخلية (التجويف المعوي) حيث ينمو الهيكل الخارجي للشعاب المرجانية بالغ الأهمية لنمو التكلس. فعندما يكون مستوى تشبع الأراغونيت في مياه البحر الخارجية عند المستوى الطبيعي، تنمو بلورات الأراغونيت بسرعة داخل الحجرات الداخلية، وبالتالي ينمو الهيكل الخارجي بسرعة. أما إذا كان مستوى تشبع الأراغونيت في مياه البحر الخارجية أقل من المستوى الطبيعي، فسيتعين على الشعاب المرجانية بذل جهد أكبر للحفاظ على التوازن الصحيح في الحجرة الداخلية. وعندها، تتباطأ عملية نمو البلورات، مما يُبطئ بدوره معدل نمو الهيكل الخارجي. وبناءً على مستوى تشبع الأراغونيت  في الماء المحيط، قد تتوقف الشعاب المرجانية عن النمو لأن ضخ الأراغونيت  إلى الحجرة الداخلية لن يكون مُجديًا من الناحية الطاقية. ^{[ 110 ]} في ظل التطور الحالي لانبعاثات الكربون، سيعيش حوالي 70٪ من الشعاب المرجانية في المياه الباردة في شمال المحيط الأطلسي في مياه أكالة بحلول عام 2050-2060. ^{[ 111 ]}

تؤدي الظروف الحمضية في المقام الأول إلى تقليل قدرة المرجان على بناء هياكل خارجية كثيفة، بدلاً من التأثير على امتدادها الطولي. وقد تنخفض كثافة بعض أنواع المرجان بأكثر من 20% بحلول نهاية هذا القرن. ^{[ 112 ]}

أظهرت تجربة ميدانية أُجريت على مساحة 400 متر مربع من الحاجز المرجاني العظيم ، بهدف خفض مستوى _ثاني أكسيد الكربون في مياه البحر (رفع درجة الحموضة) إلى ما يقارب مستويات ما قبل الثورة الصناعية، زيادةً بنسبة 7% في صافي التكلس. ^{[ 113 ]} وفي تجربة مماثلة لرفع مستوى _ثاني أكسيد الكربون في مياه البحر في الموقع (خفض درجة الحموضة) إلى مستوى متوقع بعد عام 2050 بقليل، انخفض صافي التكلس بنسبة 34%. ^{[ 114 ]}

مع ذلك، كشفت دراسة ميدانية للشعاب المرجانية في كوينزلاند وغرب أستراليا خلال الفترة من 2007 إلى 2012 أن المرجان أكثر مقاومة لتغيرات درجة الحموضة البيئية مما كان يُعتقد سابقًا، وذلك بفضل تنظيم التوازن الداخلي ؛ مما يجعل التغير الحراري ( موجات الحر البحرية )، الذي يؤدي إلى ابيضاض المرجان ، وليس التحمض، العامل الرئيسي في هشاشة الشعاب المرجانية نتيجة لتغير المناخ. ^{[ 115 ]}

تشكل التيروبودات ونجم البحر الهش قاعدة السلاسل الغذائية في القطب الشمالي ، وكلاهما يتضرر بشدة من التحمض. تذوب أصداف التيروبودات مع ازدياد التحمض، بينما يفقد نجم البحر الهش كتلة عضلية عند إعادة نمو زوائده . ^{[ 118 ]} تحتاج التيروبودات إلى الأراغونيت لتكوين أصدافها، والذي يُنتج من خلال أيونات الكربونات والكالسيوم والسترونتيوم المذابين. تتأثر التيروبودات بشدة لأن ارتفاع مستويات التحمض أدى إلى انخفاض مطرد في كمية المياه المشبعة بالكربونات. ^{[ 119 ]} وقد أدى تحلل المواد العضوية في مياه القطب الشمالي إلى تفاقم تحمض المحيطات؛ فبعض مياه القطب الشمالي تعاني بالفعل من نقص في الأراغونيت. ^{[ 120 ] [ 121 ] [ 122 ]}

تموت بيوض نجم البحر الهش في غضون أيام قليلة عند تعرضها للظروف المتوقعة الناتجة عن تحمض القطب الشمالي. ^{[ 123 ]} وبالمثل، عند تعريضها في تجارب لدرجة حموضة منخفضة تتراوح بين 0.2 و0.4، لم ينجُ سوى أقل من 0.1% من يرقات نجم البحر الهش المعتدل، وهو قريب من نجم البحر الشائع ، لأكثر من ثمانية أيام. ^{[ 88 ]}

إلى جانب إبطاء عملية التكلس أو عكسها، قد تعاني الكائنات الحية من آثار سلبية أخرى، إما بشكل غير مباشر من خلال التأثيرات السلبية على الموارد الغذائية، أو بشكل مباشر كتأثيرات على التكاثر أو الوظائف الفسيولوجية. ^{[ 4 ]} على سبيل المثال، قد تؤدي المستويات المرتفعة لثاني أكسيد الكربون في المحيطات _إلى تحمض سوائل الجسم بفعل ثاني أكسيد الكربون، والمعروف باسم _فرط ثنائي أكسيد الكربون في الدم . ^{[ 125 ]} وقد لوحظ أن زيادة الحموضة تقلل من معدلات الأيض في الحبار العملاق ^{[ 126 ]} وتثبط الاستجابات المناعية في بلح البحر الأزرق. ^{[ 127 ]} استغرقت بيوض حبار الأطلسي طويل الزعانف وقتًا أطول للفقس في المياه الحمضية، وكان حجم الحصاة التوازنية للحبار أصغر وأكثر تشوهًا في الحيوانات التي وُضعت في مياه بحر ذات درجة حموضة منخفضة. ^{[ 128 ]} ومع ذلك، لا تزال هذه الدراسات جارية، ولا يوجد حتى الآن فهم كامل لهذه العمليات في الكائنات البحرية أو النظم البيئية . ^{[ 129 ]}

تُشير مجموعة كبيرة من الأبحاث إلى أن اجتماع تحمض المحيطات وارتفاع درجة حرارتها يُؤدي إلى تأثير مُضاعف على الحياة البحرية والبيئة البحرية. ويتجاوز هذا التأثير بكثير الأثر الضار لكل منهما على حدة. ^{[ 139 ]} إضافةً إلى ذلك، يُؤدي ارتفاع درجة حرارة المحيطات، إلى جانب زيادة إنتاجية العوالق النباتية نتيجة ارتفاع مستويات _ثاني أكسيد الكربون ، إلى تفاقم نقص الأكسجين في المحيطات . ويُعدّ نقص الأكسجين في مياه المحيطات عامل ضغط إضافي على الكائنات البحرية، مما يزيد من تدرج طبقات المياه، وبالتالي يُحدّ من المغذيات بمرور الوقت ويُقلّل من التدرجات البيولوجية. ^{[ 140 ] [ 141 ]}

قامت التحليلات التجميعية بتحديد اتجاه وحجم الآثار الضارة لتحمض المحيطات وارتفاع درجة حرارتها ونقص الأكسجين فيها. ^{[ 142 ] [ 143 ]} وقد تم اختبار هذه التحليلات التجميعية بشكل إضافي من خلال دراسات تجريبية تحاكي تفاعل هذه العوامل الضاغطة، ووجدت تأثيرًا كارثيًا على الشبكة الغذائية البحرية: فالإجهاد الحراري يُلغي أي زيادة في إنتاجية الكائنات المنتجة الأولية إلى العاشبة نتيجة ارتفاع _ثاني أكسيد الكربون . ^{[ 144 ] [ 145 ]}

يشمل خطر تحمض المحيطات تراجع مصائد الأسماك التجارية وقطاع السياحة الساحلية . ومن المرجح أن تتأثر العديد من السلع والخدمات البحرية سلباً بتحمض المحيطات في المستقبل، مما قد يؤثر على سبل عيش ما بين 470 و870  مليوناً من أفقر سكان العالم، وذلك تبعاً لسيناريو انبعاثات غازات الاحتباس الحراري . ^{[ 88 ]}

يعتمد نحو  مليار شخص كلياً أو جزئياً على خدمات الصيد والسياحة وإدارة المناطق الساحلية التي توفرها الشعاب المرجانية. ولذلك، قد يُهدد استمرار تحمض المحيطات السلاسل الغذائية المستقبلية المرتبطة بها. ^{[ 9 ] [ 10 ]}

مصائد الأسماك التجارية الأمريكية

بلغت قيمة الأسماك المصطادة من مصائد الأسماك التجارية الأمريكية في عام 2007 نحو 3.8  مليار دولار، منها 73% من الكائنات الحية التي تُكوّن الحصى ومفترساتها المباشرة. ^{[ 151 ]} وتتضرر كائنات حية أخرى بشكل مباشر نتيجة لتحمض المحيطات. فعلى سبيل المثال، يؤدي انخفاض نمو الكائنات البحرية التي تُكوّن الحصى، مثل الكركند الأمريكي والمحار والأسقلوب ، إلى انخفاض كمية لحوم المحار المتاحة للبيع والاستهلاك. ^{[ 152 ]} كما أن مصائد سرطان البحر الأحمر الملكي معرضة لخطر جسيم لأن سرطان البحر يُكوّن الحصى أيضاً. وقد نفقت صغار سرطان البحر الأحمر الملكي بنسبة 100% بعد 95  يوماً من تعرضها لمستويات متزايدة من التحمض. ^{[ 153 ]} وفي عام 2006، شكّل سرطان البحر الأحمر الملكي 23% من إجمالي مستويات الحصاد المحددة، وأي انخفاض حاد في أعداده سيُهدد صناعة صيد سرطان البحر. ^{[ 154 ]}

يُعدّ خفض انبعاثات ثاني أكسيد الكربون (أي تدابير التخفيف من آثار تغير المناخ ) الحل الوحيد الذي يعالج السبب الجذري لتحمض المحيطات. فعلى سبيل المثال، تركز بعض تدابير التخفيف على إزالة ثاني أكسيد الكربون من الغلاف الجوي (مثل احتجاز الكربون من الهواء مباشرة ، والطاقة الحيوية مع احتجاز الكربون وتخزينه ). ومن شأن هذه التدابير أيضاً أن تُبطئ من وتيرة التحمض.

تشمل الطرق المستخدمة لإزالة ثاني أكسيد الكربون من المحيطات: تخصيب المحيطات بالمغذيات ، والتيارات الصاعدة والهابطة الاصطناعية ، وزراعة الأعشاب البحرية ، واستعادة النظم البيئية، وزيادة قلوية المحيطات، وتسريع التجوية ، والعمليات الكهروكيميائية. ^{[ 155 ] : 12-36.} تستخدم جميع هذه الطرق المحيطات لإزالة _ثاني أكسيد الكربون من الغلاف الجوي وتخزينه فيها. قد تُسهم هذه الطرق في التخفيف من آثار ثاني أكسيد الكربون، ولكنها قد تُسبب آثارًا جانبية على الحياة البحرية. وقد شهد مجال البحث في جميع طرق إزالة ثاني أكسيد الكربون نموًا كبيرًا منذ عام 2019. ^{[ 87 ]}

إجمالاً، "تمتلك الطرق القائمة على المحيطات إمكانية مجتمعة لإزالة ما بين 1 و100 جيجا طن من _ثاني أكسيد الكربون سنويًا". ^{[ 156 ] : TS-94} وتُقدّر تكاليفها بنحو40-500 دولار أمريكي للطن الواحد من _ثاني أكسيد الكربون . على سبيل المثال،يمكن أن يؤدي التجوية المعززة إلى إزالة2-4 جيجا طن  من _ثاني أكسيد الكربون سنوياً. وتأتي هذه التقنية بتكلفة قدرها50-200 دولار أمريكي للطن الواحد من _ثاني أكسيد الكربون . ^{[ 156 ] : TS-94}

تُضيف بعض تقنيات إزالة الكربون قلويةً إلى المحيط، وبالتالي تُخفف فورًا من تغيرات الرقم الهيدروجيني، مما قد يُفيد الكائنات الحية في المنطقة التي أُضيفت إليها القلوية الإضافية. ومن بين هذه التقنيات، تقنيتان: تعزيز قلوية المحيط والأساليب الكهروكيميائية. ^{[ 87 ]} في نهاية المطاف، وبسبب الانتشار، ستكون إضافة القلوية ضئيلة جدًا في المياه البعيدة. ولهذا السبب يُستخدم مصطلح "التخفيف المحلي لتحمض المحيط" . تتمتع كلتا التقنيتين بإمكانية العمل على نطاق واسع وبكفاءة عالية في إزالة ثاني أكسيد الكربون. ^{[ 87 ] : الجدول 9.1.} مع ذلك، فهما مكلفان، وينطويان على العديد من المخاطر والآثار الجانبية، ومستوى جاهزيتهما التقنية منخفض حاليًا . ^{[ 155 ] : 12-36}

مع تزايد الوعي بتحمض المحيطات، وُضعت سياسات تهدف إلى تعزيز جهود رصد هذه الظاهرة. ^{[ 158 ]} وفي عام 2015، أشار عالم المحيطات جان بيير جاتوسو إلى أن "المحيطات لم تحظَ بالاهتمام الكافي في مفاوضات المناخ السابقة. وتقدم دراستنا حججًا قوية تدعو إلى تغيير جذري في مؤتمر الأمم المتحدة (في باريس) بشأن تغير المناخ". ^{[ 159 ]}

قد تُعزز الجهود الدولية، مثل اتفاقية كارتاخينا لمنطقة الكاريبي الكبرى (التي دخلت حيز التنفيذ عام ١٩٨٦)، ^{[ ١٦٠ ]} الدعم الذي تُقدمه الحكومات الإقليمية للمناطق الأكثر عرضةً لتأثيرات تحمض المحيطات. ^{[ ١٦١ ]} وقد وضعت العديد من الدول، على سبيل المثال في جزر وأقاليم المحيط الهادئ، سياسات إقليمية، أو سياسات وطنية للمحيطات، وخطط عمل وطنية، وخطط عمل وطنية للتكيف، وخطط عمل وطنية مشتركة بشأن تغير المناخ والحد من مخاطر الكوارث، للمساعدة في تحقيق الهدف ١٤ من أهداف التنمية المستدامة . وبدأ الآن النظر في تحمض المحيطات ضمن هذه الأطر. ^{[ ١٦٢ ]}