大氣、海洋和陸地是地球系統中

最重要的三個碳儲存庫

透過各種不同的作用

碳可以在各個儲存庫之間相互流通

而海洋中

除了光合作用與呼吸作用外

生物性碳酸鈣的沉澱與溶解

以及二氧化碳氣體的溶解與逸散等作用

亦會促使二氧化碳

在大氣與海洋之間進行交換

工業化之前

陸地生態系統

每年透過光合作用固定的碳元素

和透過呼吸作用

返回到大氣中的碳元素

大致是保持平衡的狀態

工業革命後

大量燃燒化石燃料

等於二氧化碳從地底下被釋放到大氣中

由數據顯示大氣中二氧化碳濃度

從工業革命前280 ppm

在短短的數百年間

快速地攀升至2023年420 ppm

成長了將近百分之50

相當驚人

假設25度C、一大氣壓下

有一杯純水

與含420 ppm二氧化碳的大氣

達溶解平衡

已知

25度C時

二氧化碳氣體在水中溶液的平衡反應式

與平衡常數如畫面

其中二氧化碳在水溶液中的含量

以體積莫耳濃度為單位

二氧化碳在大氣中的分壓

以大氣壓為單位

當二氧化碳氣體溶入水中生成水溶液後

部分二氧化碳會與水反應形成碳酸

在25度C時的平衡反應式

與平衡常數如畫面

而碳酸在水中會解離成氫離子與碳酸氫根離子

且碳酸氫根離子可再繼續解離

其平衡反應式與平衡常數如畫面所示

請依上述線索回答下列問題

人為活動所排放的二氧化碳

其實並沒有全部累積在大氣當中

透過碳的循環

部分的碳會被海洋和陸地所吸收

當海洋吸收空氣中大量二氧化碳後

會導致海水化學特性發生改變

這個現象稱為海洋酸化

自工業革命以來

全球海洋表水的pH值已經下降了0.1

目前全球表水pH值為8.1

根據聯合國政府間氣候變化專門委員會

簡稱IPCC

所預估二氧化碳排放量

進行模擬的結果顯示

至本世紀末

全球表水的pH值會下降至7.8

由前述內容可知

若單純考慮二氧化碳溶於純水

海水應該是酸性

但事實卻不然

影響物質性質與其組成有很大的關聯

造成海水為弱鹼性

主要與海水中的何項成分有關呢？

假設海洋表水溫度無明顯變化

當大氣中的二氧化碳濃度

從280 ppm升至420 ppm時

海水的碳酸平衡系統中

氫離子、碳酸氫根等各種離子濃度的變化

是上升還是下降呢？

理論上

各粒子濃度比例在不同pH值時

平衡的關係如畫面所示

由於海水溶液pH值約為8.2

當二氧化碳濃度增加

pH值減少時

可看出碳酸氫根離子濃度些微增加

碳酸根離子濃度則會減少

碳酸根離子濃度減少

會造成什麼影響呢？

因為海水中有許多需要透過鈣化作用

形成骨骼或外殼的生物

當二氧化碳濃度增加

海水酸化

碳酸根濃度下降

碳酸鹽類不易沉澱出來

珊瑚、貝類

及海膽等的數量漸少

體型變小

根據研究顯示

大堡礁地區的珊瑚鈣化率

在1988到2003年之間

降低了百分之21

科學家利用畫面中的碳酸鈣飽和度

描述了海水中碳酸鹽類的飽和程度

隨著海水酸化

下列對於海水中

碳酸鈣飽和度的變化趨勢描述

何者較為合理？

越酸的海水養出的蛤蠣

會較往常減小許多

外殼間的卡榫也會變得較不緊密

請由此敘述判斷

目前海水碳酸鈣飽和度的範圍為何？

同學們想一想

海水中的碳酸鈣飽和度

除了受到酸鹼值影響

還有哪些因素會影響呢？

其實碳酸鈣飽和度

也與水溫、水深（即壓力）

等條件有關喔！

已知碳酸鈣溶解度與溫度關係圖

如畫面所示

在0到100度C間

碳酸鈣對水溶解度

隨溫度愈低

溶解度愈高

而碳酸鈣溶度積與壓力的關係圖

如畫面所示

由圖可知

壓力愈大

碳酸鈣溶度積常數愈大

也就是壓力愈大

碳酸鈣溶解度愈大

綜合上述可推知

隨海水深度愈深

水壓愈大

且水溫愈低時

碳酸鈣溶解度會增加還是減少呢？

沒錯！

答案就是增加！

也就是說

在海洋的某個深度以下

其實碳酸鈣固體

是無法穩定存在的喔！