海洋酸化是指海洋的酸碱度（pH值）持续下降的现象，主要原因是海洋吸收了地球大气层中的二氧化碳。这一过程涉及海水化学性质的变化，包括氢离子浓度升高，以及可利用的碳酸根离子减少。“酸化”描述的是海水向酸性更强的方向变化，并不一定意味着海水变成酸性：表层海水总体上仍呈弱碱性。尽管海洋酸化与气候变化密切相关，但它直接源于二氧化碳的溶解，而非变暖本身。(oceanservice.noaa.gov)
化学机制
海洋酸化是全球碳循环的一部分。自工业革命以来，燃烧化石燃料和土地利用变化使大气中的二氧化碳增加。海洋吸收了这些排放中的相当一部分——根据广泛引用的估算，约为30%——从而限制了二氧化碳在大气中的积累，同时也改变了海水的化学性质。(oceanservice.noaa.gov)
溶解的二氧化碳参与一系列化学平衡。它与水反应生成碳酸，碳酸随后解离，产生碳酸氢根离子和氢离子。氢离子还会与碳酸根离子反应，生成更多碳酸氢根离子。简化后的反应式如下：
CO₂ + H₂O ⇌ H₂CO₃
H₂CO₃ ⇌ H⁺ + HCO₃⁻
H⁺ + CO₃²⁻ ⇌ HCO₃⁻
这些反应的综合结果是溶解的二氧化碳、碳酸氢根离子和氢离子增加，同时碳酸根离子减少。这些酸碱反应改变了溶解无机碳在不同形态之间的分配，而不是简单地向海水中加入一种与原有体系无关的酸。(pmel.noaa.gov)
许多生物利用碳酸根离子构建碳酸钙外壳和骨骼。可利用的碳酸根离子减少，会降低文石和方解石等矿物的饱和度。低于饱和状态时，溶解在热力学上更为有利；即使尚未达到这一阈值，生物也可能已经受到不利影响。(pmel.noaa.gov)
观测到的变化与地理差异
历史重建和仪器观测表明，自工业化前以来，表层海水的平均pH值已下降约0.1，通常表述为从约8.2降至8.1。由于pH采用对数标度，这相当于氢离子浓度增加约26%，也常近似表述为30%。这并不意味着pH值本身下降了30%。(noaa.gov)
长期记录显示，各海域的表层海水pH值均呈下降趋势。政府间气候变化专门委员会在2021年的评估中得出结论：人类影响是观测到的开放海域表层海水酸化的主要驱动因素。随着洋流和混合作用将人为排放的碳输送至海洋内部，酸化也会延伸至更深的水层。(ipcc.ch)
具体状况会随环流、生物活动、淡水输入和局地化学条件而变化。沿岸上升流可将富含碳、pH值较低的次表层海水带到表层附近。在河口湾，营养盐增加和富营养化可通过有机质的生成及其后续分解，加剧酸化。这些过程造成的季节性或间歇性变化，会叠加在长期的人为酸化趋势之上。因此，单凭一次低pH事件，无法确定某一地点由人类活动引起的酸化幅度。(ipcc.ch)
生物与生态影响
一个主要关注点是生物矿化，即生物形成矿物结构的过程。碳酸盐饱和度降低，可能使牡蛎、蛤蜊、海胆、珊瑚和钙化浮游生物更难形成外壳和骨骼。在营养盐丰富、盐度较低的沿岸环境中，对生长和存活的影响可能尤为显著。(oceanservice.noaa.gov)
不同生物和环境的响应并不一致。二氧化碳增加可促进某些浮游植物和大型藻类的光合作用，而矿物饱和度降低则可能抑制某些有壳生物的净钙化。营养盐供应和光照条件也会影响这些响应。因此，将海洋酸化描述为对所有海洋物种产生相同的生理影响，并不准确。(ipcc.ch)
生物的变化可沿食物网传递，进而影响海洋生态系统。酸化还与变暖和氧含量下降同时发生，因此生态后果取决于多种环境压力之间的相互作用。对人类的影响包括贝类生产面临风险，以及依赖海产品的社区受到威胁，但不同地区的暴露程度和敏感性各不相同。(oceanservice.noaa.gov)
测量与监测
研究人员使用四个主要参数来表征海水碳酸盐体系：pH值、二氧化碳分压、总碱度和溶解无机碳。总碱度表示中和酸的能力；溶解无机碳包括溶解的二氧化碳、碳酸氢根离子和碳酸根离子。测量其中两个参数，再结合温度和盐度，即可计算碳酸盐体系的其他性质，包括文石饱和度。(oceanacidification.noaa.gov)
船舶采样与锚系浮标上的仪器可提供互为补充的观测资料。重复开展的调查揭示空间分布特征，而连续记录则反映短期变动和长期趋势。监测将化学变化与生物所处的环境条件联系起来，并为沿岸产业提供相关信息。(oceanacidification.noaa.gov)
未来预估与应对
未来酸化的程度在很大程度上取决于二氧化碳排放。政府间气候变化专门委员会预估，与1995—2014年相比，2081—2100年开放海域表层海水的平均pH值在SSP1-2.6情景下将进一步下降约0.08，在SSP5-8.5情景下则下降约0.37。这些是基于特定条件的情景预估，而不是对某个不可避免的单一结果的预测。(ipcc.ch)
减少人为二氧化碳排放，能够应对海洋酸化在全球范围内的主要驱动因素。局地应对措施虽无法逆转整个海洋的变化，却可以减少生物接触不利环境的机会。一些贝类育苗场会监测引入的海水、调整取水时间，或添加缓冲物质，以保护幼体免受不利化学条件的影响。这些措施作用于受管理的生产系统，并非恢复周边海洋的碳酸盐化学状态。(oceanacidification.noaa.gov)