해양 산성화

Ocean acidification
해양 산성화는 평균 해양 pH 값이 시간이 지남에 따라 떨어지고 있음을 의미합니다.[1]

해양 산성화는 지구 해양의 pH가 감소하는 것입니다.1950년과 2020년 사이에, 해수면의 평균 pH는 약 8.15에서 8.05로 떨어졌습니다.[2]대기 중 이산화탄소(CO2) 수치가 410ppm(2020년)을 초과하는 등 인간 활동으로 인한 이산화탄소 배출은 해양 산성화의 주요 원인입니다.대기중의 CO는2 바다에 흡수됩니다.탄산이 생성됩니다(중탄산 이온(HCO-3)과 수소 이온(H+)으로 해리되는 HCO23).유리 수소 이온(H+)의 존재는 바다의 pH를 낮추어 산성도를 증가시킵니다(이것은 해수가 아직 산성이라는 것을 의미하지 않습니다; pH가 8보다 높은 상태에서 여전히 알칼리성입니다).연체동물이나 산호와 같은 해양 석회화 생물은 껍질과 골격을 만들기 위해 탄산칼슘에 의존하기 때문에 특히 취약합니다.[3]

pH 0.1의 변화는 전 세계 해양에서 수소 이온 농도가 26% 증가한 것을 나타냅니다(pH 스케일은 로그이므로 pH 단위의 1 변화는 수소 이온 농도의 10배 변화에 해당함).해수면 pH와 탄산염 포화 상태는 해수면 깊이와 위치에 따라 다릅니다.더 차갑고 위도가 높은 물은 더 많은 이산화탄소를2 흡수할 수 있습니다.이는 산성도를 상승시켜 이들 지역의 pH와 탄산염 포화도를 낮출 수 있습니다.대기-해양 CO2 교환, 그리고 따라서 지역 해양 산성화에 영향을 미치는 다른 요인들은 해류와 융기 지역, 큰 대륙 강과의 근접성, 해빙 범위, 화석 연료 연소와 농업에서 나오는 질소와 황과의 대기 교환을 포함합니다.[4][5][6]

해양 pH의 감소는 해양 생물에게 잠재적으로 유해한 영향을 끼칩니다.이것은 석회화 감소, 대사율 저하, 면역 반응 저하, 생식과 같은 기본적인 기능을 위한 에너지 감소 등을 포함합니다.[7]따라서 해양 산성화의 영향은 인류의 많은 부분에게 식량, 생계, 그리고 다른 생태계 서비스를 제공하는 해양 생태계에 영향을 미치고 있습니다.약 10억 명의 사람들이 산호초가 제공하는 어업, 관광, 해안 관리 서비스에 전부 또는 부분적으로 의존하고 있습니다.그러므로 바다의 지속적인 산성화는 바다와 연관된 먹이 사슬을 위협할 수 있습니다.[8][9]

유엔 지속가능개발목표 14("Life Below Water")는 "해양 산성화의 영향을 최소화하고 해결"하는 목표를 가지고 있습니다.[10]이산화탄소 배출을 줄이는 것(즉, 기후 변화 완화 조치)은 해양 산성화의 근본 원인을 해결하는 유일한 해결책입니다.대기 중 이산화탄소 제거를 달성하는 완화 조치는 해양 산성화를 되돌리는 데 도움이 될 것입니다.보다 구체적인 해양 기반 완화 방법(예: 해양 알칼리도 향상, 풍화 개선)은 또한 해양 산성화를 줄일 수 있습니다.이러한 전략은 연구되고 있지만 일반적으로 기술 준비 수준이 낮고 많은 위험을 안고 있습니다.[11][12][13]

해양 산성화는 지구 역사상 이전에 일어난 일입니다.[14]바다에서의 생태학적 붕괴는 전 세계적인 탄소 순환과 기후에 오랫동안 지속되는 영향을 미쳤습니다.

원인

지구 표면 해양 pH의 공간 분포 (Panel a: 1770년의 연간 평균 표면 해양 pH 근사치; Panel b: 지구 표면 해양에서 2000년의 pH와 1770년의 pH 차이).[4]
이 빠른 탄소 순환의 도표는 육지, 대기, 해양 사이의 탄소 이동을 보여줍니다.노란색 숫자는 자연적인 플럭스이고 빨간색은 연간 탄소 기가톤의 인간 기여입니다.흰색 숫자는 저장된 탄소를 나타냅니다.[15]
해양 산성화의 영향을 요약한 비디오.출처 : NOAA 환경 시각화 연구소
참고 항목:해양 탄소 순환

현재(2021년) 대기 중 이산화탄소(CO2) 농도는 약 415ppm으로 산업화 이전 농도보다 약 50% 높습니다.[16]현재의 높아진 수준과 빠른 성장 속도는 지난 5천 5백만 년의 지질학적 기록에서 전례가 없는 것입니다.이러한 초과 이산화탄소의2 발생원은 인간이 주도하는 것으로 명확하게 확인됩니다. 이에는 인공적인 화석 연료, 산업용, 토지 용도/토지 변경 배출 등이 포함됩니다.해양은 인위적인 CO의2 탄소 싱크 역할을 하며 전체 인위적인 CO2 배출량의 약 4분의 1을 차지합니다.[17]그러나 해양에서의 추가적인2 CO는 많은 해양 생물의 껍질과 골격에 사용되는 탄산염 광물에 대해 더 산성적이고 더 낮은 pH 조건 및 더 낮은 포화 상태로 해수 산-염기 화학이 전반적으로 이동하는 결과를 초래합니다.[17]

1850년부터 축적된 이 해양 싱크는 최대 175 ± 35 기가톤의 탄소를 보유하고 있으며, 이 양의 3분의 2 이상(120 GTC)은 1960년부터 전 세계 해양이 차지하고 있습니다.역사적 기간 동안, 해수면은 기하급수적인 인위적 배출 증가와 함께 증가했습니다.1850년부터 2022년까지 해양은 전체 인위적 배출의 26%를 흡수했습니다.[16]1850-2021년 동안 배출된 탄소는 670 ± 65 기가톤에 달하며 대기(41%), 해양(26%), 육지(31%)로 나뉘었습니다.[16]

탄소 순환은 해양, 육상 생물권, 암석권,[18] 대기 사이의 이산화탄소(CO
2)의 흐름을 설명합니다.탄소 사이클은 셀룰로오스와 같은 유기 화합물과 이산화탄소, 탄산염 이온 및 중탄산 이온과 같은 무기 탄소 화합물을 모두 포함하며, 이를 용존 무기 탄소(DIC)라고 합니다.이러한 무기 화합물은 지구의 바다에 존재하는 많은 형태의 용해된 CO를
2 포함하기 때문에 해양 산성화에 특히 중요합니다.[19]

CO가
2 용해되면 물과 반응하여 이온성 및 비이온성 화학종인 용해된
2(aq) 자유 이산화탄소(CO), 탄산(HCO
2
3), 중탄산(HCO−
3) 및 탄산(CO2−
3)의 균형을 형성합니다.이러한 종의 비율은 해수 온도, 압력 및 염도와 같은 요인에 따라 달라집니다(Bjerum plot에서 볼 수 있음).용해성 펌프에 의해 용해된 이 다양한 형태의 용해된 무기 탄소는 해양 표면에서 내부로 전달됩니다.대기 중의
2 CO를 흡수하기 위한 해양 영역의 저항은 레벨 요인으로 알려져 있습니다.

주효과

인위적인 이산화탄소(CO)의2 흡수로 인해 해양의 화학 작용이 변화하고 있습니다.[4][20]: 395 지난 270년간(1750년경 이후) 인위적 이산화탄소 배출량의 약 30%를 차지한 결과, 해양 pH, 탄산 이온 농도([CO]), 탄산칼슘 미네랄 포화 상태( ω)가 감소하고 있습니다.흔히 "해양 산성화"라고 불리는 이 과정은 해양 석회화기가 껍질이나 골격 구조를 만드는 것을 어렵게 만들고 있으며, 산호초와 더 넓은 해양 생태계를 위험에 처하게 하고 있습니다.[4]

해양 산성화는 "지구 온난화의 사악한 쌍둥이"와 "또2 다른 이산화탄소 문제"로 불려왔습니다.[21][22]증가된 해양 온도와 산소 손실은 해양 산성화와 동시에 작용하고 해양 환경에 대한 기후 변화 압력의 "치명적인 3중주"를 구성합니다.[23]이것의 영향은 산호초와 다른 껍질을 가진 해양 생물뿐만 아니라 [24][25]그들이 제공하는 생태계 서비스에 의존하는 개체수에 가장 심각할 것입니다.

pH 값 감소

참고 항목:해양 § pH 및 알칼리도

해수에 CO를
2 용해시키면 해양의 수소 이온(H+
) 농도가 증가하여 다음과 같이 해양 pH가 감소합니다.[26]

CO + HO ⇌ HCO ⇌ HCO + H ⇌ CO + 2 H.

얕은 해안 지역과 선반 지역에서는 공기-해양 CO2 교환과 그로 인한 pH 변화에 영향을 미치는 여러 요인들이 상호작용합니다.[27][28]이것들은 광합성과 호흡과 [29]같은 생물학적 과정과 물이 솟아오르는 것을 포함합니다.[30]또한, 연안 해역에 도달하는 담수원의 생태계 대사는 크지만 지역적인 pH 변화로 이어질 수 있습니다.[27]

담수체 또한 산성화되는 것처럼 보이지만, 이것은 더 복잡하고 덜 명백한 현상입니다.[31][32]

대기 중의 CO의2 흡수는 해양의 알칼리도에 영향을 미치지 않습니다.[33]: 2252 알칼리성은 산성화에 저항하는 물의 용량이기 때문에 이러한 맥락에서 알아야 할 중요한 사항입니다.[34]해양 알칼리도 향상은 해양에 알칼리도를 추가하고 따라서 pH 변화에 대한 완충제를 제공하기 위한 하나의 선택으로 제안되었습니다.

해양생물의 석회화 감소

미분간섭을 이용한 현미경을 통해 관찰되는 다양한 종류의 포라미니페라가 대비됩니다.
Bjerum 플롯:해양 산성화에 따른 해수 탄산염 시스템 변화

해양 화학의 변화는 생물체와 그들의 서식지에 광범위한 직간접적인 영향을 미칠 수 있습니다.해양 산성도를 증가시키는 가장 중요한 영향 중 하나는 탄산칼슘(CaCO3)에서 조개껍질을 생성하는 것과 관련이 있습니다.[3]이 과정은 석회화라고 불리며 다양한 해양 생물의 생물학과 생존에 중요합니다.석회화는 녹은 이온을 고체 CaCO3 구조로 침전시키는 것을 포함하며, 코코콜리토포어, 포라미니페라, 갑각류, 연체동물 등과 같은 많은 해양 생물의 구조입니다.이러한 CaCO3 구조는 형성된 후 주변 해수에 포화 농도의 탄산염 이온(CO2-3)이 포함되지 않는 한 용해에 취약합니다.

바다에 첨가되는 여분의 이산화탄소 중 용해된 이산화탄소로 남아있는 것은 않습니다.대다수는 추가적인 중탄산염과 유리수소 이온으로 해리됩니다.수소의 증가는 중탄산염의 증가보다 [35]더 커서 반응에 불균형을 일으킵니다.

HCO−3 ⇌ CO2−3 + H+

화학적 평형을 유지하기 위해 이미 바다에 있는 탄산염 이온 중 일부는 수소 이온 중 일부와 결합하여 더 많은 중탄산염을 만듭니다.따라서 해양의 탄산 이온 농도가 감소하여 해양 생물이 껍질을 만들거나 석회화하는 데 필수적인 구성 요소가 제거됩니다.

Ca2+ + CO2−3 ⇌ CaCO3

Bjerum plot은 용해된 이산화탄소와 중탄산염의 농도 증가와 탄산염의 감소를 보여줍니다.

포화상태 감소

지구 해양에서의[36] (A) 아라곤나이트 및 (B) 석회암 포화깊이 분포

광물에 대한 해수의 포화 상태(일명 ω)는 광물이 형성되거나 용해되는 열역학적 퍼텐셜의 척도이며 탄산칼슘의 경우 다음 식으로 설명됩니다.

여기서 ω은 광물(Ca2+ 및 CO-3)을 생성하는 반응 이온의 농도(또는 활성)의 곱으로 평형 상태에서의 겉보기 용해도(Ksp)로 나눈 값입니다. 즉, 침전 및 용해 속도가 동일할 때입니다.해수에서 용해경계는 온도, 압력, 깊이에 의해 형성되며 포화지평선으로 알려져 있습니다.[3]이 포화 지평선 위에서 ω은 1보다 큰 값을 가지며 CaCO는 쉽게 용해되지 않습니다.대부분의 석회화 생물은 이러한 물에서 삽니다.[3]이 깊이 이하에서 ω은 1 미만의 값을 가지며 CaCO는 용해됩니다.탄산염 보상 깊이는 탄산염 용해가 해저로의 탄산염 공급의 균형을 유지하는 해양 깊이입니다. 따라서 이 깊이 이하의 침전물은 탄산칼슘이 제거됩니다.[38]CO2 수준이 증가하고 그 결과 해수의 pH가 낮아지면 CO의32− 농도와 CaCO의
3 포화 상태가 감소하여 CaCO
3 용해도가 증가합니다.

탄산칼슘은 아라고나이트와 석회석의 두 가지 일반적인 다형성(결정 형태)에서 가장 흔하게 발생합니다.아라고나이트는 석회암보다 훨씬 용해도가 높기 때문에 아라고나이트 포화지평선과 아라고나이트 보상깊이는 항상 석회암 포화지평선보다 표면에 더 가깝습니다.[3]이것은 또한 아라고나이트를 생산하는 생물들이 석회암을 생산하는 생물들보다 바다의 산성도 변화에 더 취약할 수 있다는 것을 의미합니다.[39]해양 산성화와 그로 인한 탄산염 포화 상태의 감소는 두 형태 모두 표면에 가까운 포화 지평선을 증가시킵니다.[3]CaCO의
3 무기 침전물은 포화상태에 정비례하고 석회화 생물은 포화상태가 낮은 해역에서 응력을 나타내기 때문에 이러한 포화상태의 감소는 해양생물의 석회화 감소를 초래하는 주요 요인 중 하나입니다.[40]

자연 변동성 및 기후 피드백

상세정보 : 탄산염 보상심도

이미 아라고나이트에 과소 포화된 많은 양의 물이 벤쿠버에서 캘리포니아 북부에 이르는 북아메리카의 태평양 대륙붕 지역 근처에서 솟아오르고 있습니다.[41]이 대륙붕은 대부분의 해양 생물들이 그곳에 살거나 산란하기 때문에 해양 생태계에서 중요한 역할을 합니다.다른 선반 부분도 비슷한 영향을 받을 수 있습니다.[41]

바다의 1000미터 깊이에서 탄산칼슘 껍질은 압력의 증가와 온도의 감소로 탄산칼슘 침전을 조절하는 화학적 평형이 변화하면서 녹기 시작합니다.[42]이러한 현상이 발생하는 깊이를 탄산염 보상 깊이라고 합니다.해양 산성화는 이러한 용해를 증가시키고 수십 년에서 수백 년의 시간 척도에서 탄산염 보상 깊이를 얕게 할 것입니다.[42]거주지역이 먼저 영향을 받고 있습니다.[43]

북태평양과 북대서양에서도 포화상태가 감소하고 있습니다(포화도의 깊이는 점점 얕아지고 있습니다).[20]: 396 바다의 혼합으로 인해 CO가2 더 깊은 깊이로 이동함에 따라 바다의 산성화가 진행되고 있습니다.공해에서는 탄산염 보상 깊이가 더 얕아지게 되는데, 이는 탄산칼슘의 용해가 그 깊이 이하에서 발생한다는 것을 의미합니다.북태평양에서 이러한 탄산염 포화도의 깊이는 매년 1-2m씩 얕아지고 있습니다.[20]: 396

앞으로 해양 산성화는 수세기 동안 탄산염 퇴적물의 매장량을 크게 감소시키고, 기존 탄산염 퇴적물의 해체까지 초래할 것으로 예상됩니다.[44]

측정값 및 추정값

현재 및 근년사

아열대 북태평양의 Ocean Station ALOHA에서 Mauna Loa(백만 부피당 단위, ppmv; red), 표면 해양 pCO(µat; blue) 및 표면 해양 pH(녹색)의 대기 CO 시계열.
World map showing the varying change to pH across different parts of different oceans
GLODAP(Global Ocean Data Analysis Project)와 World Ocean Atlas(World Ocean Atlas)를 통해 1700년대에서 1990년대 사이 CO
2 수준에 대한 인위적인 영향으로 인한 해수 pH의 추정 변화

1950년에서 2020년 사이에 해수면의 평균 pH 값은 약 8.15에서 8.05로 감소한 것으로 추정됩니다.[2]이는 전 세계 해양에서 수소 이온 농도가 약 26% 증가한 것을 의미합니다(pH scale은 로그이므로 pH 단위의 1 변화는 수소 이온 농도의 10배 변화에 해당함).[46]예를 들어, 1995년부터 2010년까지 15년 동안에만 하와이에서 알래스카까지 태평양의 100미터 상류에서 산성도가 6퍼센트 증가했습니다.[47]

2021년 IPCC 6차 평가 보고서는 "현재의 표면 pH 값은 최소 26,000년 동안 전례가 없으며 현재 pH 변화 속도는 적어도 그 이후 전례가 없습니다.[48]: 76 해양 인테리어의 pH 값은 지난 20-30년 동안 전 세계 해양 곳곳에서 하락했습니다.[48]: 76 이 보고서는 또한 "1980년대 후반 이후 10년마다 공해 지표수의 pH가 약 0.017에서 0.027로 감소했다"는 것을 발견했습니다.[49]: 716

감소율은 지역에 따라 다릅니다.이것은 다른 유형의 강제 메커니즘 사이의 복잡한 상호작용 때문입니다: [49]: 716 "열대 태평양에서, 그것의 중심 및 동부 융기 구역은 10년마다 영하 0.022에서 영하 0.026 pH 단위의 더 빠른 pH 감소를 보였습니다."이는 "인류적 CO2 섭취 외에 CO가 풍부한2 지표면 아래 물의 증가로 인한 것"으로 생각됩니다.[49]: 716 일부 지역은 더 느린 산성화 속도를 나타냈습니다: 10년마다 pH가 영하 0.010에서 영하 0.013 단위로 감소하는 것이 서부 열대 태평양의 따뜻한 수영장에서 관찰되었습니다.[49]: 716

따뜻한 물은 CO를2 많이 흡수하지 않기 때문에 해양 산성화가 일어나는 속도는 지표면 해양 온난화의 속도에 영향을 받을 수 있습니다.[50]따라서 해수 온난화가 심해지면 CO2 흡수가 제한되고 CO 증가에 대한2 pH 변화가 더 작아질 수 있습니다.[50]분지 간의 온도 변화의 차이는 여러 지역에서 산성화율의 차이의 주요 원인 중 하나입니다.

현재의 해양 산성화 속도는 지표 해양 온도가 섭씨 5-6도 상승했던 팔레오세-에오세 경계 (약 5,600만년 전)의 온실 현상과 비교되어 왔습니다.그 경우, 지표 생태계는 다양한 영향을 받았지만, 심해의 바닥에 사는 생물들은 실제로 큰 멸종을 경험했습니다.[51]현재 대기-해양계에 탄소가 추가되는 비율은 팔레오세-에오세 경계에서 발생한 비율의 약 10배입니다.[52]

광범위한 관측 시스템은 현재 해수 CO2 화학 및 산성화 모니터링을 위해 글로벌 오픈오션과 일부 해안 시스템 모두에 설치되거나 구축되고 있습니다.[17]

해양지역별 산도 증가율
위치 pH 단위의 변화
십년마다		 기간 자료출처 발행년도
아이슬란드[53] 마이너스 0.024 1984 – 2009 직접측정 2009
드레이크 패시지[54] 마이너스 0.018 2002 – 2012 직접측정 2012
카나리아(ESTOC)[55] 마이너스 0.017 1995 – 2004 직접측정 2010
하와이(HOT)[56] 마이너스 0.019 1989 – 2007 직접측정 2009
버뮤다(BATS)[57] 마이너스 0.017 1984 – 2012 직접측정 2012
산호해[58] 마이너스 0.002 ~1700 – ~1990 프록시 재구성 2005
지중해[59] 동부 마이너스 0.023 1964 – 2005 프록시 재구성 2016
세계 일부 지역의 pH 변화율
(소스 테이블에서 사용 가능한 더 많은 영역)[60]: Table 5.SM.3
측점, 지역 공부기간 pH 변화
십년마다
적도 태평양 타오 2004–2011 −0.026
인도양 IO-STPS 1991–2011 −0.027
지중해의 다이폼(43.42°N, 7.87°E) 1995–2011 −0.03
북대서양 아이슬란드 해 (68°N, 12.67°W) 1985–2008
1985–2010		 −0.024
−0.014
북대서양 이르밍거 해 (64.3°N, 28°W) 1983–2004 −0.026
북태평양 NP-STSS 1991–2011 −0.01
서던오션 PAL-LTER, 남극 반도 서부 1993–2012 +0.02

지질학적 과거

해양 산성화는 지구 역사상 이전에 일어난 일입니다.[14]It happened during the Capitanian mass extinction,[61][62][63] at the end-Permian extinction,[64][65][66] during the end-Triassic extinction,[67][68][69] and during the Cretaceous–Palaeogene extinction event.[70]

지질학적으로 과거에 있었던 다섯 가지 대멸종 사건 중 세 가지는 대기 중 이산화탄소의 급격한 증가와 관련이 있는데, 아마도 화산 활동 및/또는 해양 가스 하이드레이트의 열 해리 때문일 것입니다.[71]이산화탄소2 수치 상승은 생물 다양성에 영향을 미쳤습니다.[72]화산성 CO의2 해수 흡수로 인한 CaCO3 포화도 감소는 트라이아스기 말 해양 대멸종 동안 발생할 수 있는 킬 메커니즘으로 제시되었습니다.[73]트라이아스기 말기의 생물학적 위기는 해양 산성화로 인한 해양 대량 멸종의 가장 잘 확립된 예인데, 왜냐하면 (a) 탄소 동위원소 기록은 탄산염의 퇴적을 감소시킨 향상된 화산 활동과 탄산염의 포화 상태를 감소시킨 해양 멸종을 시사하기 때문입니다.n은 층리학적 기록에서 정확히 일치했고,[69][68][74] (b) 실험 연구로부터 예측된 두꺼운 아라곤 골격을 가진 유기체에 대한 뚜렷한 멸종의 선택성이 있었습니다.[69][75][76][77]해양 산성화는 또한 페름기 말 대멸종과[65][64] 백악기 말 위기의 한 원인으로 제시되어 왔습니다.[70]전반적으로 해양 산성화를 포함한 다중 기후 스트레스 요인이 지질학적 멸종 사건의 원인이었을 가능성이 높습니다.[71]

해양 산성화의 가장 주목할 만한 예는 팔레오세-에오세 열 최대치(PETM)인데, 이는 약 5,600만 년 전에 막대한 양의 탄소가 해양과 대기에 유입되어 많은 해양 분지를 가로질러 탄산염 침전물이 용해되도록 이끌었습니다.[72]과거에 pH를 검사하는 비교적 새로운 지구화학적 방법은 PETM 전체에서 pH가 0.3 단위 감소했음을 나타냅니다.[78][79]포화 상태에 대한 해양 탄산염 시스템을 해결하는 한 연구는 PETM에 비해 크게 변하지 않을 수 있음을 보여주며, 우리의 가장 좋은 지질학적 비유에서 탄소 방출 속도가 인간이 유도한 탄소 배출보다 훨씬 느렸음을 시사합니다.그러나 이러한 pH 변화가 석회화 유기체에 얼마나 영향을 미쳤는지 평가하기 위해서는 포화 상태를 테스트하기 위한 더 강력한 대리 방법이 필요합니다.

미래예측치

산호초 지역 인근 해양 산성화 연구 수행에 사용되는 산호초 조기 경보 시스템 스테이션에 부착된 현장 CO
2 농도 센서(SAMI-CO2)(NOAA(AOML))
CO
2 농도 측정 및 해양 산성화 연구에 사용되는 계류형 자율 CO
2 부표(NOAA, PMEL)

중요한 것은 해양 산성화의 변화율이 지질학적인 과거보다 훨씬 높다는 것입니다.이러한 빠른 변화는 유기체들이 점진적으로 적응하는 것을 막고, 해양 산성화를 완화하기 위해 기후 순환 피드백이 시작되는 것을 막습니다.해양 산성화는 이제 지난 3억년 동안 다른 어떤 때보다도 낮은 pH 수준에 도달하는 경로에 있습니다.[80][70]해양 산성화 속도(즉, pH 값의 변화 속도) 또한 동일한 시간 규모에서 전례가 없는 것으로 추정됩니다.[81][14]이러한 예상되는 변화는 지질학적 기록상 전례가 없는 것으로 여겨집니다.[82][83][84]다른 해양 생물 지구화학적 변화와 결합하여, pH 값의 이러한 하락은 해양 생태계의 기능을 약화시키고 빠르면 2100년부터 해양과 관련된 많은 상품과 서비스의 제공을 방해할 수 있습니다.[85]

해양 pH를 포함한 추가적인 해양 화학 변화의 정도는 국가와 정부가 취한 기후 변화 완화 노력에 달려 있습니다.[48]예측된 사회경제적 글로벌 변화의 다양한 시나리오는 공유 사회경제 경로(SSP) 시나리오를 사용하여 모델링됩니다.

매우 높은 배출 시나리오(SSP5-8.5) 하에서, 모델 예측은 19세기 말에 비해 금세기 말까지 지표면 해양 pH가 0.44 단위까지 감소할 수 있다고 추정합니다.[86]: 608 이는 pH가 약 7.7 정도로 낮은 것을 의미하며, 현재까지 증가한 것을 넘어 2~4배의 H+ 농도가 더 증가한 것을 의미합니다.

다양한 배출 시나리오에[48]: values estimated from Figure TS.11 (d) 대한 과거 및 미래 지구 평균 표면 pH 추정
기간 해수면
pH 값 (대략)
산업화 이전 (1850) 8.17
현재(2021) 8.08
배출량이 적은 미래(2100)(SSP 1-2.6) 8.0
배출 시나리오가 매우 높은 미래(2100)(SSP 5-8.5) 7.7

해양 석회화 생물에 미치는 영향

참고 항목:해양생물학적 석회화
시간이 지남에 따라 pH가 낮은 해수에서 익룡조개가 용해되는 것으로 나타남.이산화탄소가 대기 중에서 바다에 흡수되면 바닷물의 화학적 성질이 바뀝니다(출처: NOAA).
해수에 용해된 익룡조개(출처: NOAA) 2100년에 예상되는 해양 화학으로 조정됨(출처: NOAA).
바다 산성화의 영향을 보여주는 건강에 좋지 않은 익룡류. 상부 표면의 너덜너덜한 껍질 융기, 오른쪽 사분면 아래의 흐린 껍질, 그리고 껍질 아래의 6시 30분 위치의 심한 찰과상과 약한 반점을 포함합니다(출처: NOAA).

연구결과의 복잡성

해양 산성화로 인한 석회화 변화의 완전한 생태학적 결과는 복잡하지만 많은 석회화 종들이 해양 산성화로 인해 악영향을 받을 가능성이 있는 것으로 보입니다.[17][20]: 413 해양 산성화가 증가하면 껍질을 부착하는 생물이 단단한 외골격 껍질을 생산하는 데 필수적인 탄산 이온에 접근하는 것이 더 어려워집니다.[87]해양 석회화 생물은 자가영양생물에서 이종영양생물에 이르는 먹이 사슬에 걸쳐 있으며, 코콜리토포어, 산호, 유공충, 극피동물, 갑각류, 연체동물과 같은 생물을 포함합니다.[85][88]

전반적으로, 지구상의 모든 해양 생태계는 산성화의 변화와 다른 여러 해양 생물 지구화학적 변화에 노출될 것입니다.[89]해양 산성화는 석회화를 유지하기 위해 일부 유기체들이 생산적인 말단으로부터 자원을 재배분하도록 강요할 수 있습니다.[90]예를 들어, 굴 마갈라나 기가스는 pH 불균형으로 인한 에너지 트레이드오프로 인해 변화된 석회화 속도와 함께 대사적 변화를 경험하는 것으로 알려져 있습니다.[91]

일반적인 조건에서는 탄산이온이 해수에 대해 과포화 상태이기 때문에 석회암과 아라고나이트가 지표수에서 안정적입니다.그러나 해양 pH가 낮아짐에 따라 탄산 이온의 농도 또한 감소합니다.따라서 탄산칼슘은 과포화 상태가 되고 탄산칼슘으로 만들어진 구조는 석회화 스트레스와 용해에 취약합니다.[92]특히 연구에 따르면 산호,[93][94] 코콜리토포어,[88][27][95] 산호조류,[96] 포라미네페라, [97]조개류, 익룡류는[98] CO2 상승에 노출되면 석회화가 감소하거나 용해가 강화됩니다.적극적인 해양 보호 활동을 하더라도 이전의 많은 조개 개체를 다시 가져오는 것은 불가능할 수 있습니다.[99]

일부 연구는 해양 산성화에 대한 다른 반응을 발견했는데, 대기 중의 pCO2 상승 하에서 코코리토포어 석회화와 광합성이 둘 다 증가하고,[100] CO 상승에2 대한 반응으로 1차 생산과 석회화가 동일하게 감소하거나 [101]종마다 반응의 방향이 다르다는 것을 발견했습니다.[102]

비슷하게, 바다의 별인 Pisaster ochraceus는 산성도가 증가한 물에서 성장이 향상된 것을 보여줍니다.[103]

해양 산성화로 인한 석회화 감소는 대기에서 해양 내부 및 해저 퇴적물로 이어지는 탄소의 생물학적 격리에 영향을 미쳐 소위 생물학적 펌프를 약화시킬 수 있습니다.[70]해수 산성화는 또한 남극 식물 플랑크톤의 크기를 줄일 수 있어서 탄소 저장에 덜 효과적입니다.[104]그러한 변화는 역결과 경로(AOP) 프레임워크를 포함한 생리학적 프레임워크의 사용을 통해 점점 더 연구되고 종합되고 있습니다.[91]

북대서양에서 표본으로 추출된 코코리토포어의 한 종인 코코리토포어.

코코콜리토포레속

자세한 정보:코코콜리토포어

코코리토포어는 단세포, 진핵생물 식물성 플랑크톤입니다.코코콜리토포어의 석회화 변화를 이해하는 것은 특히 중요할 수 있는데, 그 이유는 코코콜리토포어의 감소가 기후에 2차적인 영향을 미칠 수 있기 때문입니다: 그것은 해양 구름층에 미치는 영향을 통해 지구의 알베도를 감소시킴으로써 지구 온난화에 기여할 수 있기 때문입니다.[105]2008년 북대서양의 퇴적물 중심부를 조사한 연구에 따르면 1780년부터 2004년까지 산업화 기간 동안 코콜리토포리드의 종 구성은 변하지 않았지만, 코콜리토포리드의 석회화는 같은 기간 동안 최대 40% 증가했습니다.[100]

산호

자세한 정보:산호초

따뜻한 물 산호는 해양 온난화, 해양 산성화, 오염, 어업 등 활동에 따른 물리적 피해 등의 다중 위협으로 인해 지난 30-50년간 50%의 손실이 발생하는 등 감소세가 뚜렷하며 이러한 압력은 더욱 거세질 것으로 예상됩니다.[106][20]: 416

산호가 외골격을 키우는 내부 칸(콜렌테론)의 유체도 석회화 성장에 매우 중요합니다.외부 바닷물에 있는 아라고나이트의 포화 상태가 주변 수준일 때, 산호들은 내부 칸에서 아라고나이트 결정이 빠르게 성장하여 외골격이 빠르게 성장합니다.외부 해수의 아라고나이트 포화 상태가 주변 수준보다 낮으면 산호들은 내부 칸에서 올바른 균형을 유지하기 위해 더 열심히 일해야 합니다.그렇게 되면, 결정체가 자라는 과정이 느려지고, 이것은 외골격이 얼마나 자라는지의 속도를 늦춰줍니다.주변 물 속의 아라고나이트 포화 상태에 따라 아라고나이트를 내부 칸으로 퍼올리는 것은 에너지적으로 좋지 않기 때문에 산호는 성장을 멈출 수 있습니다.[107]현재 탄소 배출의 진행 상황에서 2050-60년까지 북대서양 냉수 산호의 약 70%가 부식성 수역에서 살게 될 것입니다.[108]

산성화된 조건은 주로 산호의 밀도 높은 외골격을 만드는 능력을 감소시키며, 외골격의 선형 확장에 영향을 주기 보다는 감소시킵니다.금세기 말까지 몇몇 종의 산호의 밀도는 20% 이상 감소할 수 있습니다.[109]

해수 CO2 수준(pH 상승)을 산업 전 가치 근처까지 감소시키기 위해 그레이트 배리어 리프의 400 m2 패치에서 수행된 현장 실험에서 순 석회화가 7% 증가한 것으로 나타났습니다.[110]2050년 이후 곧 예상되는 수준으로 현장 해수 CO2 수준(낮은 pH)을 높이기 위한 유사한 실험에서는 순 석회화가 34%[111] 감소한 것으로 나타났습니다.

그러나 2007년부터 2012년까지 퀸즈랜드와 웨스턴 오스트레일리아에 있는 산호초에 대한 현장 연구는 내부 항상성 조절로 인해 산호들이 이전에 생각했던 것보다 환경 pH 변화에 더 저항력이 있다는 것을 발견했습니다. 이것은 열 변화(해양 열파)를 만들고, 이것은 산성화보다는 산호 표백을 하게 합니다.기후 [112]변화로 인한 산호초 취약성의 주요 요인

이산화탄소 유출 현장에서의 연구

어떤 곳에서는 이산화탄소가 해저에서 거품을 내며 나와 국부적으로 pH와 바닷물의 화학적인 다른 측면을 변화시킵니다.이러한 이산화탄소 누출에 대한 연구는 다양한 생물체에 의한 다양한 반응을 기록하고 있습니다.[113]이산화탄소가 스며드는 곳 근처에 위치한 산호초 군집은 산성화에 대한 몇몇 산호종의 민감성 때문에 특히 관심이 많습니다.파푸아 뉴기니에서 이산화탄소가 스며드는 pH의 감소는 산호 종 다양성의 감소와 관련이 있습니다.[114]그러나 팔라우에서는 이산화탄소 누출이 산호의 종 다양성 감소와 관련이 없지만 낮은 pH 부위에서는 산호 골격의 생물 침식이 훨씬 더 높습니다.

익족류와 부서지기 쉬운 별들

익족류와 부서지기 쉬운 별들은 둘 다 북극 먹이줄의 밑부분을 형성하고 산성화로 인해 심각하게 손상됩니다.익족류의 껍질은 산성화가 증가함에 따라 녹고 부서지기 쉬운 별들은 부속물을 다시 키울 때 근육량을 잃습니다.[115]익룡이 껍질을 만들기 위해서는 탄산 이온과 용해된 칼슘과 스트론튬을 통해 생성되는 아라고나이트가 필요합니다.익족류는 산성화 수준이 증가하면 탄산염으로 과포화된 물의 양이 꾸준히 감소하기 때문에 심각한 영향을 받습니다.[116]북극해에서 유기물의 분해는 해양 산성화를 증폭시켰습니다; 일부 북극해는 이미 아라고나이트와 관련하여 포화가 부족합니다.[117][118][119]

부서지기 쉬운 별의 알은 북극의 산성화로 인해 예상되는 조건에 노출되면 며칠 안에 죽게 됩니다.[120]마찬가지로, 일반 바다 별의 친척인 온대성의 유충이 pH 0.2~0.4 감소에 노출되었을 때, 8일 이상 생존한 비율은 0.1% 미만이었습니다.[85]

생태계에 미치는 다른 영향

이 지도는 1880년대와 2006-2015년 사이에 해수면의 아라고나이트 포화도의 변화를 보여줍니다.아라고나이트는 많은 해양동물들이 해골과 껍질을 만들기 위해 사용하는 탄산칼슘의 한 형태입니다.포화도가 낮을수록 생물체는 골격과 껍질을 만들고 유지하기가 더 어렵습니다.음의 변화는 포화도의 감소를 나타냅니다.[121]

기타 생물학적 영향

석회화의 둔화 및/또는 역전 현상을 제외하고, 유기체는 식량 자원에 대한 부정적인 영향을 통해 간접적으로 또는 생식 또는 생리적인 영향으로서 직접적으로 다른 부작용을 겪을 수 있습니다.[3]예를 들어, CO의2 높아진 해양 수준은 과캡니아로 알려진 체액의 CO 유도
2 산성화를 일으킬 수 있습니다.[122]

음향특성

산도 증가는 점보오징어의[123] 대사율을 감소시키고, 홍합의 면역반응을 억제하는 것으로 관찰되었습니다.[124]이것은 아마도 해양 산성화가 바닷물의 음향 특성을 변화시키고, 소리가 더 많이 전파되도록 하며, 해양 소음을 증가시킬 수 있기 때문일 것입니다.[125]이것은 반향 정위나 의사소통을 위해 소리를 사용하는 모든 동물들에게 영향을 미칩니다.[126]대서양 긴지느러미 오징어 알은 산성화된 물에서 부화하는 데 시간이 더 걸렸고, 오징어의 스타톨리스는 pH가 낮은 바닷물에 놓인 동물에서 더 작고 기형적이었습니다.[127]그러나, 이러한 연구들은 진행 중이고 해양 생물이나 생태계에서의 이러한 과정에 대한 완전한 이해는 아직 없습니다.[128]

해조류와 해조류

자세한 정보:부영양화

또 다른 가능한 영향은 해로운 녹조 현상의 증가일 것인데, 이것은 멸치와 조개류와 같은 작은 생물체에 독소(도모산, 브레베톡신, 삭시톡신)를 축적시키고, 그 결과 빈혈성 조개류 중독, 신경독성 조개류 중독 및 마비성 조개류 중독의 발생을 증가시킬 수 있습니다.[129]녹조는 해로울 수 있지만, 다른 유익한 광합성 생물들은 이산화탄소의 증가된 수준으로부터 이익을 얻을 수 있습니다.가장 중요한 것은, 해초가 이익을 얻을 것입니다.[130]연구에 따르면 해초가 광합성 활동을 증가시키면서 해조류의 석회화 속도가 증가했는데, 이는 지역적인 광합성 활동이 이산화탄소를 흡수하고 지역 pH를 높였기 때문일 가능성이 있습니다.[130]

물고기유충

해양 산성화는 해양 어류 유충에도 영향을 미칠 수 있습니다.그것은 그들의 초기 발달의 중요한 부분인 후각 체계에 내부적으로 영향을 미칩니다.오렌지광대어 유충은 주로 식물성 섬으로[clarification needed] 둘러싸인 해양 암초에서 삽니다.[112]유충은 식물성 섬으로 둘러싸인 암초와 식물성 섬으로 둘러싸여 있지 않은 암초 사이의 차이를 감지하기 위해 후각을 사용하는 것으로 알려져 있습니다.[112]광대물고기 유충은 성장에 적합한 지역을 찾기 위해 이 두 목적지를 구별할 수 있어야 합니다.해양 어류 후각 시스템의 또 다른 용도는 혼혈을 피하기 위해 그들의 부모와 다른 성어를 구별하는 것입니다.

실험적 수족관 시설에서 광대물고기는 현재 우리 바다의 pH와 비슷한 pH 8.15 ± 0.07로 조작되지 않은 바닷물에서 유지되었습니다.[112]다양한 pH 수준의 영향을 테스트하기 위해 해수는 미래의 대기 CO2 수준을 예측하는 기후 변화 모델과 일치하는 두 가지 다른 pH 수준으로 수정되었습니다.[112]2100년에 모델은 가능한 1,000 ppm의 CO2 수준을 예측하며, 이는 pH 7.8 ± 0.05와 상관관계가 있습니다.

이 실험은 유충이 pH 7.8 ± 0.05에 노출될 때 환경 신호에 대한 반응이 현재 해수면과 같은 pH에서 신호에 대한 반응과 크게 다르다는 것을 보여주었습니다.[112]pH 7.6 ± 0.05에서 유충은 어떤 종류의 단서에도 반응하지 않았습니다.그러나 2022년에 발표된 메타 분석에 따르면 해양 산성화 효과가 물고기 행동에 미치는 영향을 테스트하는 발표된 연구의 효과 크기는 지난 10년 동안 10배 이상 감소했으며 지난 5년 동안 무시할 수 있었습니다.[131]

"심각한 멸종 위기에 처한" 종이지만[132] 양식업에 심대한[clarification needed] 뱀장어 배아도 해양 산성화, 특히 유럽 뱀장어에 영향을 받고 있습니다.비록 그들은 대부분의 삶을 민물, 보통 강, 개울, 또는 하구에서 보내지만, 그들은 알을 낳고 사르가소 바다에서 죽습니다.유럽 뱀장어들이 그들의 중요한 삶의 단계 중 하나에서 산성화의 영향을 경험하고 있는 곳입니다.

어류 배아와 유충은 pH 조절을 위한 기관이 완전히 발달하지 않았기 때문에 보통 성인보다 pH 변화에 더 민감합니다.[133]이 때문에 유럽 뱀장어 배아는 사르가소 해의 pH 변화에 더 취약합니다.해양 산성화가 배아에 미치는 구체적인 영향을 분석하기 위해 사르가소해의 유럽장어에 대한 연구가 2021년에 수행되었습니다.이 연구는 예측된 세기 말 해양 pCO2 조건에 노출되는 것이 제한된 생리 반응 능력으로 민감한 초기 생명 역사 단계 동안 자연에서 이 종의 정상적인 발달에 영향을 미칠 수 있는 반면, 극단적인 산성화는 부화 조건에서 배아 생존과 발달에 부정적인 영향을 미칠 수 있다는 것을 발견했습니다.[134]

산성화, 온난화, 탈산소화의 복합효과

상세정보 : 기후변화가 해양과 해양의 탈산소화에 미치는 영향
상승하는 선반 시스템에서 저산소증과 해양 산성화 심화의 동인.적도 방향의 바람은 산소 최소 구역 위에서 낮은 용존 산소(DO), 높은 영양분 및 높은 용존 무기 탄소(DIC) 물의 상승을 유도합니다.생산성과 바닥 물 체류 시간의 교차선반 기울기는 물이 생산적인 대륙 선반을 통과할 때 DO(DIC)의 강도를 감소(증가)시킵니다.[135][136]

해양 산성화와 높아진 해양 온도가 해양 생물과 해양 환경에 복합적인 영향을 미친다는 것을 보여주는 상당한 연구 기관이 있습니다.이 효과는 둘 중 하나의 개별적인 유해 영향을 훨씬 초과합니다.[137]게다가, 해양 온난화는 더 높은 CO2 수준에서 오는 식물 플랑크톤의 생산성 증가와 함께 해양 탈산소화를 악화시킵니다.해수의 탈산소화는 해양 생물에 대한 추가적인 스트레스 요인이며, 이는 해양 층화를 증가시켜 시간이 지남에 따라 영양분을 제한하고 생물학적 구배를 감소시킵니다.[138][139]

메타 분석은 해양 산성화, 온난화, 탈산소화가 해양에 미치는 유해한 영향의 방향과 크기를 정량화했습니다.[140][141]이러한 메타 분석은 이러한 스트레스 요인의 상호 작용을 시뮬레이션한 메소코스모스 연구에 의해 추가적으로 테스트되었으며, 해양 식품 웹에 대한 재앙적인 효과를 발견했습니다. 열 스트레스는 CO 상승으로2 인한 생산성 증가를 초식하는 주요 생산자를 부정하는 것 이상입니다.[142][143]

경제와 사회에 미치는 영향

해양 산성도의 증가는 소금물의 석회화 속도를 늦추고, 해양 생물의 약 25%를 지탱하는 더 작고 느리게 성장하는 산호초로 이어집니다.[144][145]영향은 어업과 해안 환경에서부터 바다의 가장 깊은 곳까지 광범위하게 미치고 있습니다.[17]산호를 죽이는 것뿐만 아니라 산호초가 지탱하는 엄청나게 다양한 해양 거주민들의 바다 산도의 증가.[146]

어업관광업

산성화 위협에는 상업적 어업과 해안을 기반으로 하는 관광 산업의 감소가 포함됩니다.온실가스 배출 시나리오에 따라 미래의 해양 산성화는 잠재적으로 약 4억에서 8억 명의 사람들의 생계에 영향을 미칠 수 있어 여러 해양 상품과 서비스가 훼손될 가능성이 있습니다.[85]

약 10억 명의 사람들이 산호초가 제공하는 어업, 관광, 해안 관리 서비스에 전부 또는 부분적으로 의존하고 있습니다.그러므로 해양의 지속적인 산성화는 해양과 연관된 미래의 먹이 사슬을 위협할 수 있습니다.[8][9]

북극성

북극에서는 산성화가 북극 먹이 그물의 기초를 형성하는 석회화 생물을 해치기 때문에 상업적 어업이 위협받고 있습니다(위 참조).산성화는 북극의 먹이줄을 기지에서부터 위협합니다.북극 먹이 그물은 단순한 것으로 여겨지는데, 이는 먹이 사슬에 작은 생물체에서 더 큰 포식자에 이르기까지의 단계가 거의 없다는 것을 의미합니다.예를 들어, 익룡은 "더 큰 플랑크톤, 물고기, 바닷새, 고래와 같은 많은 고등 포식자들의 주요 먹이 항목"입니다.[147]익룡과 바다 별 둘 다 상당한 식량원의 역할을 하고 있고 간단한 먹이 그물로부터 그들을 제거하는 것은 생태계 전체에 심각한 위협이 될 것입니다.먹이줄의 밑부분에 있는 석회화 생물에 미치는 영향은 잠재적으로 어업을 파괴할 수 있습니다.

미국 상업 어업

다 자란 미국 바다가재 한 마리가 해저에 누워있습니다.로드 아일랜드, 더치 아일랜드, 뉴포트 카운티

2007년에 미국 상업 어업에서 잡힌 물고기의 가치는 38억 달러로 평가되었으며 그 중 73%는 석회화기와 그 직접적인 포식자로부터 유래되었습니다.[148]산성화로 인해 다른 생물들은 직접적으로 피해를 입습니다.예를 들어, 미국산 바다가재, 바다가재, 가리비와 같은 해양 석회화기의 성장이 감소하는 것은 판매와 소비가 가능한 조개 고기가 더 적음을 의미합니다.[149]게도 석회화 물질이기 때문에 대게 어업도 심각한 위협을 받고 있습니다.산화 수치 증가에 노출되었을 때 아기 붉은 왕게는 95일 후 100% 사망률을 보였습니다.[150]2006년에 붉은 왕게는 전체 가이드라인 수확량의 23%를 차지했고 붉은 왕게 개체수의 심각한 감소는 게 수확 산업을 위협할 것입니다.[151]

원주민

참고 항목:기후변화와 원주민들

산성화는 원주민들의 삶의 방식에 영향을 미칠 것입니다.스포츠 낚시와 사냥은 북극 원주민들에게 문화적으로 중요합니다.해양생물의 급격한 감소나 소멸은 원주민들의 식단에도 영향을 미칠 수 있습니다.예를 들어, 워싱턴 주와 캘리포니아 (미국)에서는 미국 원주민들이 해수면 상승과 해양 산성화로 인해 조개 자원에 잠재적인 피해를 입힐 가능성이 있다고 보고합니다.[152]

가능한 응답

기후변화 완화

주요 기사:기후변화 완화, 이산화탄소 제거 및 탄소분리 § 해양에서의 분리 기술

이산화탄소 배출을 줄이는 것(즉, 기후 변화 완화 조치)은 해양 산성화의 근본 원인을 해결하는 유일한 해결책입니다.예를 들어, 일부 완화 조치는 대기로부터의 이산화탄소 제거(CDR)에 초점을 맞추고 있습니다(예: 직접 공기 포집(DAC), 탄소 포집 및 저장(BECCS)이 가능한 바이오 에너지).이것들은 또한 산성화 속도를 늦출 것입니다.

해양에서 이산화탄소를 제거하는 방법으로는 해양 영양 수정, 인공 입식/입식, 해조류 양식, 생태계 회복, 해양 알칼리도 향상, 풍화 개선 및 전기화학 공정 등이 있습니다.[153]: 12–36 이 모든 방법들은 바다를 이용하여 대기 중의 CO를2 제거하여 바다에 저장합니다.이러한 방법은 완화에 도움이 될 수 있지만 해양 생물에 부작용을 줄 수 있습니다.2019년 이후 모든 CDR 방식의 연구 분야가 많이 성장했습니다.[84]

"해양 기반 방법은 연간 1-100 기가톤의 CO를2 제거할 수 있는 복합적인 잠재력을 가지고 있습니다.[154]: TS-94 그들의 비용은 CO2 1톤당 미화 40-500달러 순입니다.예를 들어, 풍화 기능을 강화하면 연간 2~4기가톤의 CO를2 제거할 수 있습니다.이 기술은 CO2 1톤당 50~200달러의 비용이 듭니다.[154]: TS-94

알칼리성을 추가하는 탄소 제거 기술

참고 항목: 탄소 제거 § 산을 중화하기 위한 염기 첨가

일부 탄소 제거 기술은 바다에 알칼리성을 추가하고 따라서 즉시 추가 알칼리성이 추가되는 지역의 생물체에 도움이 될 수 있는 pH 변화를 완충합니다.해양 알칼리성 향상과 전기화학적 방법이 여기에 해당합니다.[84]결국, 확산으로 인해, 멀리 떨어진 바다에 대한 알칼리도의 추가량은 매우 적을 것입니다.이것이 지역 해양 산성화 완화라는 용어가 사용되는 이유입니다.이 두 가지 기술 모두 대규모로 작동하고 이산화탄소를 효율적으로 제거할 수 있는 가능성이 있습니다.[84]: Table 9.1 그러나 비용이 많이 들고 많은 위험과 부작용이 있으며 현재 기술 준비 수준이 낮습니다.[153]: 12–36

해양 알칼리도 향상

해양 알칼리성 강화(OAE)는 "해수면에서 알칼리성 광물 또는 그 해리 생성물의 퇴적을 수반하는 제안된 이산화탄소 제거(CDR) 방법"으로 정의됩니다.[33]: 2241 이 공정은 표면의 총 알칼리도를 증가시킬 것입니다.그것은 지구의 지질학적 탄소 조절 장치를 가속화하는 데 효과가 있을 것입니다.이 과정은 암석(규산, 석회석 및 생석회)의 가속 풍화(향상된 풍화)를 통해 중탄산염(HCO-3)의 양을 증가시키는 것을 포함합니다.[84]: 181 이 과정은 규산염-탄산염 사이클을 모방하며, 궁극적으로 대기에서 바다로 CO를2 끌어내릴 것입니다.이산화탄소는2 중탄산염이 되어 바다에 100년 이상 저장되거나 탄산칼슘(CaCO3)으로 침전될 수 있습니다.탄산칼슘을 심해에 묻으면 알칼리성을 높이기 위한 수단으로 규산염 암석을 이용하면 탄소를 100만 년 정도 저장할 수 있습니다.

강화된 풍화는 해양 알칼리도 향상의 한 종류입니다.강화된 풍화는 암석의 미세한 입자를 산란시켜 알칼리성을 증가시킬 것입니다.이것은 육지와 바다 양쪽에서 일어날 수 있습니다 (비록 궁극적인 운명이 바다에 영향을 주지만).

CO를2 격리하는 것 외에도 알칼리성 첨가는 해양의 pH를 완충하므로 해양 산성화의 정도를 감소시킵니다.그러나 생물체가 추가된 알칼리성에 어떻게 반응할지에 대해서는 거의 알려져 있지 않으며, 심지어 자연적인 공급원에서조차 알 수 없습니다.[84]예를 들어, 규산염 암석의 풍화는 풍화가 강화된 장소에서 많은 양의 잠재적 미량 금속을 바다로 방출할 수 있습니다.또한, 해양 알칼리도 향상(채굴, 분쇄, 수송)을 구현함에 따른 비용 및 에너지 소비가 다른 CDR 기법에 비해 높은 편입니다.[84]

해양 알칼리성 향상 비용은 CO2 1톤당 20-50 USD로 추정됩니다("해양에 알칼리 광물을 직접 첨가").[153]: 12–50

해양의 알칼리성은 해양 산성화에 의해 변하지 않지만, 오랜 기간 동안 탄산염의 용해와 탄산칼슘 껍질의 형성 감소로 인해 알칼리성이 증가할 수 있습니다.[8][155]

전기화학적 방법

전기화학적 방법, 즉 전기분해는 이산화탄소를 바닷물로부터 직접 떼어낼 수 있습니다.[84]전기화학 공정도 해양 알칼리도 향상의 한 종류입니다.일부 방법은 직접적인 CO2 제거(탄산염 및 CO2 가스 형태)에 초점을 맞추고, 다른 방법은 금속 수산화물 잔기를 침전시킴으로써 해수의 알칼리성을 증가시키며, 이는 해양 알칼리성 향상 섹션에 기술된 물질에서 CO를2 흡수합니다.그런 다음 직접적인 탄소 포집 과정에서 생성된 수소를 업사이클링하여 에너지 소비를 위한 수소 또는 염산과 같은 다른 제조된 실험실 시약을 형성할 수 있습니다.

그러나, 탄소 포집을 위한 전기 분해의 구현은 비용이 많이 들고 공정에 소모되는 에너지가 다른 CDR 기법에 비해 높습니다.[84]또한 이 과정의 환경적 영향을 평가하기 위한 연구가 진행되고 있습니다.일부 합병증에는 폐수 중의 독성 화학물질과 유출물 중의 DIC 감소가 포함됩니다. 이 두 가지 모두 해양 생물에 부정적인 영향을 미칠 수 있습니다.[84]

정책 및 목표

인민 기후 행진에서 해양 산성화에 반대하는 행동을 촉구하는 시위자 (2017)

글로벌 정책

해양 산성화에 대한 인식이 높아짐에 따라 해양 산성화에 대한 모니터링 노력을 증가시키기 위한 정책이 입안되었습니다.[156]2015년 이전에, 해양 과학자 장 피에르 가투소는 "해양은 이전의 기후 협상에서 최소한으로 고려되었습니다.우리의 연구는 기후 변화에 관한 유엔 회의에서 근본적인 변화에 대한 설득력 있는 주장을 제시합니다."[157]

UN 카르타헤나 협약(1986년 발효)과 같은 국제적 노력은 해양 산성화에 매우 취약한 지역에 대한 지역 정부의 지원을 강화하는 데 매우 중요합니다.[158]예를 들어, 태평양 제도 및 영토에 있는 많은 국가들은 SDG 14를 향한 작업을 돕기 위해 지역 정책 또는 국가 해양 정책, 국가 행동 계획, 국가 적응 행동 계획 및 기후 변화 및 재해 위험 감소에 관한 국가 공동 행동 계획을 구축했습니다.해양 산성화는 이제 그러한 프레임워크 내에서 고려되기 시작했습니다.[159]

유엔 해양 10년

유엔 해양 10년은 "지속가능성을 위한 해양 산성화 연구"라는 프로그램을 가지고 있습니다.GOA-ON(Global Ocean Acidification Observing Network)과 파트너들에 의해 제안되었으며, UN 지속 가능한 개발을 위한 10년간의 해양 과학 프로그램으로 공식적으로 승인되었습니다.[160][161]OARS 프로그램은 GOA-ON의 연구를 기반으로 하며 다음과 같은 목적을 가지고 있습니다: 해양 산성화의 과학을 더욱 발전시키고, 해양 화학 변화에 대한 관찰을 증가시키고, 지역 및 세계 규모에 미치는 해양 생태계의 영향을 확인하고, 의사 결정자에게 해양 산성화를 완화하고 적응하는 데 필요한 정보를 제공하는 것입니다.변별력

지구기후지표

해양 산성화의 중요성은 7개의 지구 기후 지표 중 하나로 포함되어 있습니다.[162]이러한 지표는 기후 변화를 온도 상승으로만 낮추지 않고 변화하는 기후를 설명하는 일련의 매개 변수입니다.지표에는 기후 변화의 가장 관련성이 높은 영역인 온도와 에너지, 대기 구성, 해양과 물, 그리고 극저온 영역에 대한 주요 정보가 포함되어 있습니다.지구 기후 지표는 지구 기후 관측 시스템(GCOS)[163]이 주도하는 과정에서 과학자와 통신 전문가가 확인했습니다.이 지표는 세계기상기구(WMO)의 승인을 받았습니다.그들은 유엔기후변화협약 당사국총회(UNFCCC)에 제출되는 지구기후변화협약 당사국총회(COP)에 제출되는 연례 세계기후변화협약(WMO) 성명의 기초를 형성합니다.또한 유럽 위원회의 코페르니쿠스 기후 변화 서비스(C3S)는 연간 "유럽 기후 상태"에 지표를 사용합니다.

지속가능발전목표 14

2015년 유엔은 2030 아젠다와 해양에 전념하는 목표인 지속가능개발목표 14를 포함한 17개의 지속가능개발목표(SDG)를 채택했습니다.[10] 이 목표는 "지속가능한 개발을 위해 해양, 해양, 해양 자원을 보존하고 지속 가능하게 사용"하는 것입니다.해양 산성화는 목표 SDG 14.3에 의해 직접적으로 다루어집니다.목표 14.3의 전체 제목은 "모든 수준의 과학 협력 강화를 포함하여 해양 산성화의 영향을 최소화하고 해결"입니다.[164]이 대상에는 다음과 같은 지표가 있습니다.지표 14.3.1은 "대표 샘플링 스테이션의 합의된 세트에서 측정된 평균 해양 산성도(pH)"를 요구합니다.[165]

유네스코 정부간 해양학 위원회(IOC)는 SDG 14.3.1 지표의 관리 기관으로 확인되었습니다.이 역할에서 IOC-UNESCO는 SDG 14.3.1 지표 방법론 개발, SDG 14.3.1 지표에 대한 연간 데이터 수집 및 유엔에 대한 진행 상황 보고를 담당합니다.[166][167]

국가 수준의 정책

미국

미국에서는 2009년 연방 해양 산성화 연구 및 모니터링법(Federal Ocean Acidification Research and Monitoring Act of 2009)이 국립해양대기청(NOAA)의 "해양 산성화 프로그램(Ocean Acidification Programme)"과 같은 정부 조정을 지원합니다.[168][169]2015년 USEPA는 해양 산성화를 완화하기 위해 EPA에 1976년 독성물질 관리법에 따라 CO를2 규제할 것을 요청한 시민 청원을 거부했습니다.[170][171]EPA는 부인에서 해양 산성화로 인한 위험이 국내 조치에 따라 "더 효율적이고 효과적으로" 해결되고 있다고 말했습니다. 예를 들어, 대통령 기후 행동 계획에 따라,그리고 배출과 삼림 벌채를 줄이고 청정 에너지와 에너지 효율을 증진시키기 위해 다른 나라들과 협력하기 위해 여러 가지 방법들이 추진되고 있습니다.[172]

역사

해양 산성화 현상에 대한 연구와 이 문제에 대한 경각심을 일깨우는 연구는 수십 년 동안 계속되어 왔습니다.1909년 덴마크의 화학자 쇠렌 페더 로리츠 쇠렌센이 pH 척도를 만든 것에서 근본적인 연구가 시작되었습니다.[173]1950년대 즈음, 이산화탄소를2 흡수하는 바다의 거대한 역할은 전문가들에게 알려져 있었지만, 더 큰 과학계에서는 인정받지 못했습니다.[174]20세기의 대부분 동안, 기후 변화를 엄청나게 개선시킨 해양 CO2 흡수의 유익한 과정이 지배적인 초점이었습니다."너무 좋은 일"이라는 개념은 발전이 늦었고 몇몇 주요 사건들에 의해서만 촉발되었으며, 열과 이산화탄소에2 대한 해양 싱크는 여전히 기후 변화에 대한 주요 완충제로서 중요합니다.[174]

1970년대 초, 바다에 화석 연료 CO가2 축적되는 것이 장기적으로 미치는 영향에 대한 의문이 이미 전 세계적으로 제기되었고 강력한 논쟁을 야기시켰습니다.연구자들은 대기와 바다에 CO 화석이2 축적되는 것에 대해 논평하고 해양 생물에 미칠 수 있는 영향에 주목했습니다.1990년대 중반까지, pH와 탄산 이온의 필연적인 변화와2 함께 CO 수치가 매우 높게 상승하는 것의 가능한 영향은 산호초의 운명을 연구하는 과학자들의 관심사가 되었습니다.[174]

20세기 말에 이르러 바다가 생성된 모든 열의 90%를 흡수하는 유익한 역할과 배출된 모든 화석 연료의2 50%가 축적되고 해양 생물에 미치는 영향 사이의 균형이 더욱 명확해지고 있습니다.2004년 파리에서 개최될 "고CO2 세계 최초의 해양심포지엄" 회의를 기획할 당시인 2003년까지 해양 산성화에 대한 새로운 연구 결과가 많이 발표되었습니다.[174]

2009년, InterAcademy Panel의 회원들은 세계 지도자들에게 "대기 중의 이산화탄소의2 축적을 줄이는 것이 해양 산성화를 완화하기 위한 유일하고 실행 가능한 해결책이라는 것을 인식하라"고 요구했습니다.[175]성명은 또한 "해양 산성화에 대한 회복력을 높이기 위해 해양 생태계에 대한 남획과 오염과 같은 스트레스 요인을 줄이기 위한 조치를 다시 활성화하라"고 강조했습니다.[176]

예를 들면, 2010년의 연구는 1995년부터 2010년까지의 15년 기간 동안에만 하와이에서 알래스카까지 태평양의 100미터 상류에서 산성도가 6퍼센트 증가했다는 것을 발견했습니다.[47]

2012년 7월 미국 국립해양대기청의 제인 러브첸코(Jane Lubchenco) 국장이 발표한 성명에 따르면, "표층수가 초기 계산에서 제시한 것보다 훨씬 더 빠르게 변화하고 있습니다.지금 대기 중에 있는 이산화탄소의 양과 우리가 계속 배출하고 있는 추가적인 양에 대해 매우 심각하게 우려해야 하는 또 다른 이유입니다."[177]

2013년의 한 연구는 산성도가 지구 역사상의 어떤 진화적 위기보다도 10배나 빠른 속도로 증가하고 있다는 것을 발견했습니다.[178]

"고탄소2 세계의 해양에 관한 제3차 심포지엄"은 2012년 캘리포니아 몬테레이에서 열렸습니다.이번 회의에서 나온 정책 입안자들을 위한 요약본은 "해양 산성화 연구가 빠르게 증가하고 있다"고 언급했습니다.[93]

2015년 사이언스지에 발표된 종합 보고서에서 22명의 주요 해양 과학자들은 화석 연료를 태우는 것으로2 인한 이산화탄소가 대멸종(지구에서 가장 심각한 멸종 사건) 이후 어느 때보다 빠르게 해양의 화학을 바꾸고 있다고 말했습니다.[157]그들의 보고서는 정부들이 합의한 최고 기온 2°C 상승은 세계 해양에 대한 "극적인 영향"을 막기에는 너무 적은 배출량 감소를 반영한다고 강조했습니다.[157]

참고 항목

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