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人类对海洋生物的影响

人类对海洋生物的影响（英语：Human impact on marine life）是指人类的各式活动对海洋生物造成的影响。

全球海洋的累积人类影响（简写CHI）静态图，其中三个点：高累积及加快脚步（澳大利亚西南端）、高累积及减缓中（北海）及低累积及减缓中（美国阿拉斯加州育空-柯斯科克温三角洲）。[1][2]

因为人类的活动而造成的如过度捕捞、栖息地破坏、引进入侵物种、污染海洋、导致海洋酸化及暖化，而对海洋生物和海洋栖息地产生负面的影响。这类影响会牵连到海洋生态系统和海洋食物网（英语：Marine food web），并会对生物多样性和海洋生物的延续造成目前尚无法估算的后果。[3]

根据联合国所属的政府间气候变化专门委员会（IPCC）在2019年发布的气候变化对海洋与冷冻圈影响特别报告（英语：Special Report on the Ocean and Cryosphere in a Changing Climate），自1950年以来“许多不同种群的海洋物种为应对海洋暖化、海冰变化和生物地球化学变化（例如氧气损失）对它们栖息地的影响，而必须迁移，以及变更自身的季节性活动。”[4]

据估计全世界的海洋区域中只剩13%仍然是荒野（即尚未遭到人类侵入），而且主要是位于开阔的海域，而非沿海地区。[5]

过度捕捞

 
沿食物网捕捞（英语：Fishing down the foodweb）
对高营养级鱼类（如鲔鱼）的过度捕捞会导致
海洋中仅剩下低营养级的海生物，如水母。
参见：过度捕鱼和[[:捕捞对环境的影响]]

根据联合国粮食及农业组织（FAO）在2018年发布的报告，世界有3分之1的鱼类种群正遭受过度捕捞。[6]此外，行业观察家认为大多数的捕捞活动都存在非法、瞒报及无管制的情况，在一些重要渔业活动中，这种做法的捞捕数量已达总渔获量的30%。[7]在一种称为沿食物网捕捞（英语：Fishing down the foodweb）的做法中，由于高营养级鱼类遭到持续滥捕，世界渔业捕获的平均营养级已经下降。[8]

“ 如同人类派遣军队来对付海洋中的动物，逐步将它们消灭而赢得这场战争。”
– 丹尼尔·保利，一位研究人类对全球渔业影响的先驱。, [9]

栖息地丧失

 
人类活动累积迄今，对不同海洋生态系统的影响程度。[1]

尤其是沿海生态系统（英语：marine coastal ecosystem）已被人类破坏。[10]如浅海海草生长区（英语：seagrass meadow）、红树林和珊瑚礁等栖息地，受人类干扰及严重破坏，它们在各地的面积都在减少中。

珊瑚礁是地球上生产力和多样性最高的生态系统之一，但近年来由于人为干扰，其中5分之1已经消失。[11][12]珊瑚礁是个由微生物驱动的生态系统，依赖海洋微生物来保留和循环利用营养物质，才能在贫营养（英语：oligotroph）水域中茁壮成长。然而这些相同的微生物也可触发反馈循环，加剧珊瑚礁的衰敝，在海洋生物化学循环（英语：Marine biogeochemical cycles）和海洋食物网中产生级联效应。如果希望在未来能在珊瑚礁保护方面获得成功，则需要对珊瑚礁内复杂的微生物相互作用做更好的了解。[13]

浅海海草生长区在近几十年来减少的面积已累积达30,000平方公里（12,000平方英里）。目前这个生态系统每年所产生的效益价值约有1.9兆美元，包括养分循环（英语：nutrient cycle），提供食物和栖息地给许多海洋动物，包括濒临灭绝的儒艮、海牛和绿蠵龟，那儿也是珊瑚礁鱼类的主要栖息地。[10]

自1980年以来，世上有5分之1的红树林已经消失。[14]对海藻林最紧迫的威胁可能是发生在沿海生态系统的过度捕捞，高营养级鱼类被捕捞殆尽，剩下的是低营养级的海胆大军（英语：urchin barren）正对海藻林大肆破坏。[15]

入侵物种

 
一艘货轮在装货时将压舱水排出。

入侵物种是指进入特定地点的非原生物种，其繁殖到一定的程度后会对环境、人类经济或健康造成损害。[16]2008年，Molnar等学者把数百种海洋入侵物种的路径做过研究，发现海上航运是运送海洋入侵物种的主要机制。把海洋生物移转到其他海洋环境的两种机制是：通过在船体的生物附著和压载水。[17]

 
名为Mnemiopsis leidyi（英语：Mnemiopsis leidyi）的栉水母。

空载船舶会在海上抽入压舱水以稳定船身，进入港口装载货物时，又将之释放，这道程序是运载这类不受欢迎的海洋生物的主要源头。具有入侵性的淡水斑马贻贝原产于黑海、里海和亚速海，很可能透过越洋航行船舶的压载水，最终运到加拿大与美国之间的五大湖。[18]学者Meinesz认为对生态系统造成损害最严重的单一入侵物种案例中，是看似无害的水母。 Mnemiopsis leidyi（英语：Mnemiopsis）是种栉水母，目前在世界许多的河口湾中均有，据信是在1982年首次引入，而且是透过船舶的压载水被运送到黑海。这种入侵水母的数量在当地呈指数增长，到1988年已对当地的渔业造成严重的破坏。 “鳀鱼捕捞量从1984年的204,000吨下降到1993年的200吨、鲱鱼捕捞量从1984年的24,600吨下降到1993年的12,000吨以及鲭鱼从1984年的4,000吨下降到1993年的零。”[19]水母已把当地水域中的浮游生物（包括刚孵出的幼鱼）捕食殆尽，因此最终本身的数量也急剧下降，但它仍保有对生态系统的控制力道。

入侵物种可将曾是别的物种存在的地区占领，传播新型疾病，引入新的遗传物质，改变水底景观，并危及原生物种觅食的能力。仅在美国，入侵物种每年就造成约1,380亿美元的经济成本（包括收入损失和管理成本）。[20]

海洋污染

主条目：海洋污染

当人类使用或传播如工业、农业和居家产生的废弃物、悬浮微粒、噪音、过量的二氧化碳或入侵生物进入海洋，并在那里产生有害影响时，即造成海洋污染。大部分废弃物（80%）由陆上活动所产生，但海上运输也贡献不少。[21]由于大多数的来源均为陆地，无论是通过河流、生活污水或是大气，最容易受到污染的还是大陆棚。空气污染也会把铁、碳酸、氮、矽、硫、农药或灰尘颗粒带入海洋。[22]污染来源通常是非点源式（英语：Nonpoint source pollution），例如农业迳流、风吹碎片残骸（英语：debris）和灰尘。径流透过河流把污染物带进海洋，风吹的碎片残骸和灰尘会沉淀到水道和海洋中。[23]污染传播的途径包括直接排放、地表径流、船舶产生的污染、大气污染以及将来或许会发生的深海采矿。

海洋污染的类型可分为海洋废弃物污染、海洋塑料污染（包括微塑料）、海洋酸化、营养物污染（英语：Nutrient pollution）、毒素和水下噪音。海洋塑料污染中的塑料尺寸，从塑胶瓶和塑胶袋等大型原始材料，到细小的微塑料均有。海洋废弃物主要是漂浮或悬浮在海洋中的人类垃圾。塑料污染对海洋生物有害。

另一个问题是集约化农业施用营养物质（氮和磷），而后产生的流失，以及未经处理或仅部分处理过的污水，排放进入河流，再进入海洋。这些氮和磷（通常包含在肥料中）会刺激浮游生物和海藻的生长，而有害的藻类因富营养化而大量繁殖，对人类和海洋生物都有害。过度的藻类繁殖也会扼杀敏感的珊瑚礁，导致生物多样化和珊瑚礁健康的丧失。第二个重要的问题是藻类大量繁殖后，其死亡及分解会消耗沿海水域中的氧气，由于气候变化，这种沿海水域缺氧的情况会因海水变暖，而减少洋流间的混合，让缺氧情况更为恶化。[24]

营养物污染

营养物污染是导致地表水优氧化的主要原因，其中过量的营养物质（通常是硝酸盐或磷酸盐）会刺激藻类生长。而当藻类死亡后，会下沉并被水中的细菌分解。而在分解的过程中会消耗氧气，断绝其他海洋生物所需的氧气供应，而造成所谓的“死区”。死区水中的溶解氧含量极低。或因此导致其中海洋生物死亡，或迫使其移往别处，当地因而无生命存在，而得死区的名称。缺氧区（或是死区）可在自然的情况下发生，但人类活动造成的营养污染，已将这原本是种自然的过程变成环境问题。[25]

营养物污染有5个主要来源。最常见的是城市污水迳流。这些生活污水可透过雨水、泄漏或是直接把未处理过的污水排入水体。次一个常见的来源是农业耕作。农业使用的化肥会渗入地下水或被雨水冲走，进入水道，并将过量的氮和磷引入环境之中。牲畜的粪便也会进入水道，带入多馀的营养物质。工业化畜牧方式把成百上千的牲畜集中在一处饲养，所产生的动物粪便会造成严重的营养物污染。另一个营养物污染的来源是雨水排水沟（英语：stormwater drainage）迳流，来自住宅区和不透水地表的营养物和肥料经过雨水冲刷，被迳流带入附近的河或溪流，最终抵达大海。营养物污染的第5个主要来源是水产养殖业，人类在受控区域中养殖水生动物而产生的排泄物、多馀的食物和其他有机废物将以营养物的形式引入周围的水中。[26]

有毒化学品

参见：异型生物质

有毒化学物质会附著在微小的颗粒上，然后被浮游生物和底栖生物（其中大多数是食碎屑动物或滤食性动物）摄食。通过这种方式，毒素在海洋食物链中受到向上式的集中。许多颗粒在进行化学结合时会消耗氧气，导致河湾缺氧。农药和有毒金属同样被纳入海洋食物网，而损害海洋生物的健康。许多动物饲料含有高量的鱼粉或鱼水解物（英语：fish hydrolysate）。通过这种循环，海洋毒素被转移到饲养的陆地动物身上，然后再进入人体。

在上个世纪，世上沿海水域的浮游生物密度有所增加，而最近在公海中的密度则有下降。沿海浮游生的增加是由陆地营养物质透过迳流进入而造成，而公海表面温度升高会把洋流分层（英语：Stratification (water)）作用增强，而减少深海中的营养物质上升到表面，让浅层浮游生物难以摄取。[27]

塑料污染

更多信息：海洋塑料污染

全球每年生产的塑料超过3亿吨，其中一半用于制造杯子、袋子和包装材料等一次性产品。而每年进入海洋的塑料至少有1,400万吨[28] 。目前并无精确数字，但估计存在海洋中的数量约有1.5亿公吨。塑料污染物在所有海洋废弃物的占比有80%，从地表水到深海沉积物之中均有。由于塑料重量轻，大部分废弃物都存在海洋的表面及其周围，但在大多数海洋和陆地栖息地，包括深海、五大湖、珊瑚礁、海滩、河流和河湾均可发现塑料垃圾及其颗粒。海洋塑料问题中最醒目的证据是积聚在环流区域的巨型海上垃圾带（英语：garbage patche）。环流是由地球的风和地球自转而形成的环状洋流。[29]地球有5个主要的海洋环流：北太平洋环流、南太平洋环流、北大西洋环流、南大西洋环流以及印度洋环流。每个环流中都有大型的垃圾带。[30]

海洋物种会摄入较大片的塑料垃圾，填满它们的胃，让其相信自己已吃饱，但实际上并未摄取到任何营养，而让胃部已填满的海鸟、鲸、鱼类和海龟饿死。塑料垃圾也会让海洋物种窒息或因纠缠而造成死亡。[31]

海洋塑料污染物中的微塑料是最大的威胁。这些小碎片中一些体积微小到宛如柔珠。有些微塑料是由较大塑料废弃物风化而成，一旦塑料废弃物进入海洋或任何水道，经过阳光照射、温度、湿度、海浪和风的风化作用，而被分解成长度小于5毫米的碎片。塑料也会被较小的生物分解，它们会摄入碎片，将其分解成更小块，然后排出或吐出。在实验室的测试中，有种名为Orchestia gammarellus的端足类甲壳动物可迅速吞入塑料袋碎片，将其撕碎，其能力等于可把单个袋子撕成175万个微小碎片。[32]虽然塑料被撕开，但仍是不会受到生物降解的人造材料。据估计，远洋带内的塑料中，微塑料大约占有90%。[29]这些微塑料经常被食物链底部的海洋生物（如浮游生物和鱼类幼虫）摄取，而导致塑料往食物链上游集中。塑料是用有毒化学物质生产，而这些化学物质会进入海洋食物链，包括一些最终被人类食用的鱼。[33]

  •  
    莱茵河底沉积物中的微塑料以及玻璃珠,右下角的白线代表一毫米的长度。
  •  
    巨大的太平洋垃圾带，垃圾聚集在各个海洋环流中心。[34]
  •  
    根据电脑模式演算出的海洋中，可被浮游生物吞食的微塑料密集程度。[35]
    红色表示高密度，绿色表示低密度
  •  
    海洋微生物与微塑料之间的相互作用。[36]

噪音污染

参见：海洋污染和海洋哺乳动物与声纳（英语：Marine mammals and sonar）

海洋有个自然的音景，生物在其中进化已达数万年。然而人类活动却把这种音景破坏，在很大程度上把存在其中的生物所依赖用于交配、抵御捕食者和旅行的声音淹没掉。船舶螺旋桨和发动机、工业化捕鱼方式、沿海工程、石油钻探、反射地震（地球物理探勘）、战争、海底采矿和声纳导航，都给海洋环境带来噪音污染。在过去的50年中，仅海上航运就让主要航线上的低频噪音增加32倍，造成海洋动物必须远离重要的繁殖地和觅食地。[37]声音是种可在海洋中传播最远的感官信号，人为噪声污染会破坏海洋生物利用声音的能力，给海中生物带来压力，影响它们的整体健康，破坏它们的行为、生理和繁殖，甚至导致死亡。[38]反射地震勘测产生的声波会损坏海洋动物的耳朵，而造成严重伤害。噪音污染对依赖回声定位的海洋哺乳动物（如鲸和海豚）尤其有破坏性。这些动物使用回声定位来沟通、导航、进食和寻找配偶，过多的声音会干扰它们使用这种功能。[39]

采矿

主条目：采矿对环境的影响（英语：Environmental effects of mining）和深海采矿

对于将来可能会发生的深海采矿，科学家和环保组织均担忧会影响到脆弱的深海生态系统，以及对海洋生物泵产生更广泛的影响。[40][41]

人为疾病

海洋环境的快速变化让疾病活跃。致病微生物与其他海洋生物相比，有更快改变和适应新环境的能力，在海洋生态系统中具有优势。这类生物包括病毒、细菌、真菌和原生动物。这些致病原生物可迅速适应，相对的，其他海洋生物因环境的快速变化而变得衰弱。此外，由于水产养殖，加上人类排泄物进入海洋，引入新的病原体和多馀的营养物质，让致病微生物变得更丰富。[42]

其中一些微生物可在广泛的宿主中生存（称为多宿主病原体），表示同一病原体可感染、繁殖和传播到不同的、不相关的物种之中。多宿主病原体特别危险，因为它们可感染许多生物体，但并非对所有生物体均产生致命的效果。表示这种微生物可存在更具抵抗力的物种中，并将这些宿主用作持续对易感物种攻击的载体。在这种情况下，病原体有机会把易感物种完全消灭，而同时让宿主继续存在。[42]

气候变化

更多信息：[[:气候变化对海洋的影响]]

在海洋环境中，属于初级生产位阶的微生物对碳截存有很大的贡献。海洋微生物还可把营养物质回收，用于海洋食物网中，此过程会把二氧化碳释放到大气中。微生物的生物质和其他有机物质（植物和动物的残骸）经过数百万年而转化为化石燃料。相比之下，燃烧化石燃料会在很短的时间内就释放出温室气体，造成碳循环失衡，只要继续燃烧化石燃料，大气中的二氧化碳水准就会继续上升。 [43]

 
在海洋及陆地生物群系中微生物与气候变化的相互关系[43]
 
气候变化对海洋影响的概述 [44]

海洋暖化

 
全球陆地-海洋气温中位数变化图（从1880年到2011年，摄氏度）。
资料来源: NASA GISS
参见：[[:海洋热含量]]

全球暖化所产生的大部分热能并非进入大气或土壤，而是进入海洋。[45][46]科学家们在30多年前就意识到海洋是人类对气候变化产生影响的关键证据，“要改进我们对气候敏感性的理解，最佳的机会就是监测海洋里的温度”。[47]

随著全球暖化，海洋生物正往海洋中较冷的部分移动。例如美国对位于其东北海岸和白令海东部的一组105种海洋鱼类和无脊椎动物进行监测。在1982年至2015年期间，这一组的平均生物量中心向北移动约10英里，并往下移动约20英尺深。 [48][49]

 
全球暖化的热能绝大多数是进入海洋 [45]
 
根据研究人员Nuccitelli等在2012年发表的报告，全球累积热能的资料（单位为1022焦耳）。 [50][46]

有证据显示海洋温度升高已对海洋生态系统造成损害。例如，一项对印度洋中浮游植物变化的研究显示在过去60年中，此处的浮游植物数量已下降20%。[51]在夏季，西印度洋是世界上最大的海洋浮游植物开花集中地之一。印度洋的暖化加剧海水洋流分层，而营养物质无法在透光带中被混合，让此处的光合作用受到限制。因此初级生产受到影响，而让整个食物网被破坏。如果快速暖化仍持续进行，印度洋可能会变成生态沙漠，生态产能会因而停止。[51]


南极振荡（也称为南半球环状模（Southern Annular Mode））是围绕南极洲的西风带或低压带，根据所处的阶段向北或向南移动。[54]在其正相期，驱动南极绕极流的西风带向南极洲增强并接近南极洲，[55]而在负相期，西风带向赤道方向移动。由南半球环状模引起的风使南极大陆架周围海水深处的温暖海水上升，[56][57]这与冰架基底融化有关，[58]代表一种可能的风驱动机制，可能会把大部分南极冰盖的稳定性破坏。[58]南极振荡目前处于一千多年来最极端的正相期，而最近的正相期正在加剧，显示是由于温室气体水准上升，及之后平流层中臭氧匮乏所造成。[59][60]这些物理环境的大规模变化正“推动南极海洋食物网所有层面的变化”。[52][53]海洋暖化把南极磷虾的栖息地改变。[52][53]南极磷虾是海岸架以外南极生态系统的关键物种，是海洋哺乳动物和鸟类的重要食物来源。[61]

IPCC的2019年特别报告中说，全球的海洋生物正受到海洋暖化的影响，继而直接影响到人类社区、渔业和粮食生产。[62]由于气候变化，海洋动物到21世纪末的数量可能会减少15%，渔业捕捞量可能会减少21%至24%。[63]

一份在2020年发表的研究报告称，到2050年，即使温室气体排放量减少，海洋暖化在深海的蔓延速度也可能比现在快7倍。当海洋中层带和更深层的暖化后。会对深海食物网产生重大影响，因为海洋物种需要移动以停留在适合生存的温度地带。[64][65]







海平面上升

 
在1993年到2018年间，世界大部的海洋海平面中位数均已上升。[66]

由于海平面上升，沿海生态系统正面临进一步的变化。一些生态系统可在高水位时向内陆移动，但其他生态系统受到自然或人工的障碍影响而无法迁移。如果因人为障碍而让海岸带变窄（称为海岸地区挤压（英语：coastal squeeze），会导致泥滩和沼泽等自然栖息地的丧失。[67][68]红树林和潮汐沼泽（英语：tidal marshe）原本可利用沉积物和有机物的累积来增加高度，以适应不断上升的海平面。但如果海平面上升速度太快，它们无法跟上，就会遭到淹没。[69]

  •  
    在1880年至2015年间的世界海平面变化图。[70][71]
  •  
    英国威尔斯西岸的春季暴风雨，由于海平面上升，影响更会深入内陆。

珊瑚礁对鸟类和鱼类都很重要，这种生物也需往上生长以维持接近海面，以从阳光中获得足够的能量。目前它还算能够跟上，但在将来就不见得能达成。[72]这些生态系统有助于抵御风暴潮、海浪和海啸，如果失去，会让海平面上升所产生的影响更为严重。[73][74]人类的活动如兴建水坝，由于有限制沉积物供给下游湿地的功能，湿地的自然适应过程受到破坏，潮汐沼泽因此也会丧失。[75]当海水移向内陆时，所产生的海岸洪水（英语：coastal flooding）会导致现有陆地生态系统出现问题，例如土壤遭到海水污染。[76]曾生存在澳大利亚大堡礁北端的珊瑚裸尾鼠是已知的首个因海平面上升而灭绝的陆地哺乳动物。[77][78]

海洋环流和盐度

参见：[[:大西洋经向翻转环流]]

海洋盐度是衡量海洋中含有盐分的指标。盐分因陆地受到侵蚀，经水溶解后输送而来。在研究全球水循环、海洋-大气交换和洋流（是地球上输送热量、动能、碳和营养物质中的重要机制）时，海洋的表面盐度是气候系统中的一个关键变量。[79]冷水比温水密度大，咸水比淡水密度大。这表示海水的密度会随著温度和盐度的变化而变。这些密度变化是驱动洋流的主要动力来源。[79]

自1950年代以来所做的表层海洋盐度测量显示，全球水循环正在加剧，高盐区变得盐分更高，而低盐区变得盐分更低。[80][81]

 
温盐环流-是一个依靠海水温度和盐度驱动的全球洋流循环系统
由美国国家航空暨太空总署（NASA）水瓶座卫星（英语：Aquarius (SAC-D instrument)）测得的地球海面盐度（2011年12月到2012年12月），蓝色：低盐份，红色：高盐份。

海洋酸化

 
造成海洋酸化的潜在影响力量
对各项原因所能产生的后果的概述。[82]
参见：海洋酸化 § 影响

海洋酸化是指海洋的酸度逐渐增加中，主要是因为从大气中吸收二氧化碳所造成。[83]主因是燃烧化石燃料，导致大气中二氧化碳增加，而有更多的二氧化碳溶解在海洋中。二氧化碳溶解在水中，形成氢离子和碳酸根离子，把海洋酸度升高，让依靠碳酸钙形成外壳的微生物、贝类和其他海洋生物的生存变得更加困难。[84]

酸度提高后还会对海洋生物产生其他的危害，例如抑制某些生物的代谢率和免疫反应，并导致珊瑚白化。 [85]自18世纪的工业革命开始以来，海洋的酸度已增加26%。[86]这现象被比拟为“让全球变暖的邪恶孪生兄弟”[87]和“二氧化碳造成的另一个问题”。[88]

 
估计从第一次工业革命开始到20世纪结束期间，人类活动产生的二氧化碳对海水pH值所造成的影响。

海洋低氧

参见：海洋低氧现象和缺氧事件

海洋低氧给海洋生物增添额外的压力源。这种低氧现象是由于燃烧化石燃料而导致海洋中最少含氧区（英语：Oxygen minimum zone）范围扩大。这种变化相当迅速，对鱼类和其他类型的海洋生物，以及依赖海洋生物获取营养或生计的人们构成威胁。[89][90][91][92]海洋低氧对海洋初级生产力、养分循环、碳循环和海洋栖息地均产生影响。[93][94] 海洋暖化加剧海洋低氧，更进一步给海洋生物带来压力，通过密度和溶解度效应增加洋流分层来限制养分的交换，同时又增加海中生物的代谢需求。[95][96]]根据IPCC2019年特别报告，由于海洋化学的变化，物种在整个海洋食物网中的生存能力正受到破坏。随著海洋暖化，洋流分层间的混合减少，导致海洋生物能取得的氧气和营养物质减少。[97]

极地冰盖

 
气候变化导致海冰融化，曾是冰漠的极低成了大海。北极熊及海豹丧失栖息地，浮游植物大量繁殖，增加极地的食物网供应，这类植物或有降低大气二氧化碳的功能。。[98]
参见：全球暖化在北极的影响和南极洲气候暖化（英语：global warming in Antarctica）

直到最近，极地的冰盖[99]均被视为碳循环的惰性部分，基本上在全球气候模型中受到忽视。但过去10年的研究已把这一观点改变，证明此处有独特适应性的微生物群落存在、冰盖中生物地球化学/物理的高速率风化，以及超过1,000亿吨的总有机碳量以及营养物在此储存和循环。[100]

 
2019年预估的极地冰盖内的碳储存及流失数量，及对地球的二氧化碳数量的影响 。[100]

生物地球化学

 
人类活动对海洋氮循环所造成的影响 。[101]
参见：海洋生物地球化学循环（英语：Marine biogeochemical cycles）

右图显示人类对海洋氮循环的一些影响。生物有效性氮 (Nb) 透过地表径流或大气沉降而引入海洋生态系统，导致富营养化、死区的形成和最少含氧区 (OMZ) 的扩大。人为活动和低氧区所释放的氮氧化物(N2O, NO)会导致大气的平流层臭氧消耗，造成紫外线辐射升高，而对海洋生物造成损害、酸雨和海洋暖化。海洋暖化导致洋流分层强化、低氧和死区的形成。死区和最少含氧区是厌氧氨氧化菌和反硝化反应的热点，会导致氮损失(N2和N2O)）。大气中二氧化碳浓度升高会让海水酸化，减少仰赖pH值的氮循环过程，例如硝化作用，并增强N2的固氮作用。 [101]

碳酸钙

 
钙板金藻
 
海胆
海水酸化导致海中生物如钙板金藻及海胆难以有效的生长出碳化钙外壳。

霰石是碳酸钙的一种形式，许多海洋动物用来建造碳酸盐骨骼和外壳。海水中霰石饱和度越低，生物体建立和维持其骨骼和外壳的难度就越大。下图显示1880年至2012年间海洋表层水霰石饱和度的变化。[102]

举一例，翼足目是一组广泛分布的浮游海螺。对于它们来说，它们需要霰石来制造外壳，霰石由碳酸根离子和溶解的钙组成。因为海水酸度提高，稳定地减少海水中的过饱和碳酸盐，霰石难以形成，翼足目动物因而受到极大的影响。[103]

当翼足目动物的外壳浸入2100年pH值水准的海水中时，它们的外壳在6周内几乎会完全溶解。[104]同样的，珊瑚、[105]珊瑚藻、[106]钙板金藻（球石藻）、[107]有孔虫[108]以及一般的贝类[109]都经历因海洋酸化而导致的钙化减少或溶解增加的现象。

  •  
    海水中霰石饱和度越低，生物体如翼足目建立和维持其骨骼和外壳的难度就越大。
  •  
    大气中的二氧化碳浓度越高，海中的翼足目受到因此酸化海水的侵蚀，外壳逐渐遭到溶化。
海水酸化造成的影响（影片）– 来源: 美国国家海洋暨大气总署（NOAA）
 
由于海洋酸化而造成不健康的翼足目
 
受海洋酸化影响而失去肌肉量的海中无脊椎动物蛇尾
像翼足目及蛇尾的海中生物，它们构成北极海中食物网的基础层。

翼足目动物和蛇尾共同构成北极海中食物网的基础，两者都因海洋酸化而受到严重破坏。翼足目动物的外壳遭到溶解，蛇尾在重新长出附肢时会失去肌肉量。[110]此外，当蛇尾的卵在特定的酸化条件下，会在几天内死亡。[111]酸化有可能会从根本上摧毁北极食物网。北极水域正迅速变化中，让霰石不饱和的情况越来越明显。[103]北极食物网结构单纯，食物链从小型生物到大型捕食者间的阶段不多。例如翼足目动物是“许多高等捕食者 - 大型浮游生物、鱼、海鸟、鲸鱼的关键性食物来源”。[112]

矽酸盐

人类农业活动从400年前开始兴起后，让岩石和土壤增加曝露的机会，而增加矽酸盐风化的速度。从土壤中淋溶出的无定形体二氧化矽也随之增加，导致河水有更高浓度的溶解二氧化矽。[113]相反的，由于大坝后方的淡水矽藻将此二氧化矽吸收，能进入海洋的二氧化矽数量因而减少。由于人为的氮和磷含量增加以及温暖水域中二氧化矽溶解的增加，反而限制矽质浮游生物的繁殖，对未来海洋中含矽沉积物的形成也产生限制。[113][114]

一组科学家在2019年发布的研究报告，认为海水酸化正把南大洋中矽藻二氧化矽产量降低。[115][116]

 
矽藻
 
放射虫
海洋中原矽酸的水准因受海洋酸化的影响，所发生的变化会让海洋微生物难以形成以矽为基底的外壳。

碳

更多信息：[[:海洋碳循环]]和生物泵
 
人类活动造成的全球碳循环变化（2009年-2018年
，GtC为gigatonnes of carbon（109 tonnes of carbon ）的简写。 [118] [119][120]
 
人类活动中对氮-碳-气候变化产生影响的几个主要驱动力。[121][122]
 
几项移除海洋中二氧化碳的建议做法。 [123]

随著移除陆地上二氧化碳的技术和政治挑战变得更加明显，海洋也成为全球气候治理中减碳降排战略的新“蓝色”前线。[123]海洋环境是巴黎协定后的气候治理中，各项新型碳汇战略的蓝色前线，包含有自然的生态系统管理到全球工业级的技术干预。去除海洋中的二氧化碳方法包含甚多，[124][125]但有几种与去除陆地二氧化碳的关键建议类似。[123]海洋碱化 -（把橄榄石等矽酸盐矿物添加到沿海的海水中，利用化学反应增加二氧化碳的吸收）是增强风化作用的方式，蓝碳（英语：blue carbon） -（增强沿海植物吸收二氧化碳的能力）是在沿海重新造林，以及增加海洋生物质（即海藻）的种植。随之而产生的效益，成为海洋版的生物能源和碳捕集与封存。从管理土壤和森林，进而把湿地、海岸和公海也构想和发展为受管理的去除和储存碳的场所。[123]

多重压力源的影响

 
海洋暖化以及海水低氧，两者合并的效果可把对生态系统的影响放大
。[126][127]

如果在同一时间有不止一个压力源存在，则会有放大的效果。[128][129]例如海洋酸化和海洋温度升高，两者对海洋生物的综合影响，其威力远超过任一单独因素。[130][131][132]

虽然二氧化碳升高对海洋生态系统产生的全部影响仍在记录之中，但大量研究的结果显示，主要由二氧化碳和其他温室气体排放驱动的海洋酸化，加上海洋温度升高，对海洋生命和环境的影响是复合式的。这种影响远超过任何一种单一的因素。[130][133][132]此外，海洋暖化会让洋流分层强化，通过密度和溶解度效应，而限制营养物质交换，[134][135]加剧海洋低氧现象，成为海洋生物的额外压力源，却又同时增加代谢的需求。

 
多种对珊瑚礁的压力源。[136]

目前已有综合分析对海洋酸化、暖化和低氧对海洋影响的方向和幅度做量化的工作，[131][137][138]并通过中型生态池（英语：mesocosm）做进一步的检验。中型生态池把这些压力源的相互作用加以模拟，发现会对海洋食物网产生灾难性的影响，即任何因二氧化碳增加而让食物网中初级生物（如海藻）及二级生物（如草食性无脊椎生物）所增加的产量，远不及第三级生物消耗的速度。[139][140]

变革驱动力

 
多种会改变海洋生态系统的驱动力。[141]

海洋生态系统的动态变化受到社会经济活动（例如捕鱼、污染）和人类引起的生物物理变化（例如温度、海洋酸化）的影响，并透过相互作用，回过头来严重影响海洋生态系统及人类创造的生态系统服务。对这些直接（或密切）的相互作用产生了解，是实现可持续利用海洋生态系统的重要一步。然而，密切的互动嵌入在更广泛的社会经济背景中，例如通过贸易和金融、人口迁移和技术进步的经济，在全球运作和互动中，又对密切的互动发生影响。[141]

移动基线

“人类善用物理和生物科学，让目前成为可说是有史以来最好时代：我们活得更久，更健康，食品产量在过去35年内翻了一倍，由于能源的使用而减轻人类体力劳动，消除劳役等级。但这些善意行动却产生意外的后果 - 如气候变化、生物多样性丧失和供水不足等等 - 很可能会让我们的明天成为最糟糕的时代。”
– 罗伯特·梅（英语：Robert May, Baron May of Oxford） （2006年） [142]

研究海洋生态系统会发生基线变化（英语：Shifting baseline）的情况，因为要衡量变化，就必须根据之前的参考点（基线），而这基线可能代表的是生态系统在更早前已发生过重大变化的结果。[143]例如研究人员评估目前极度枯竭的渔业，他们所使用的是自己职业生涯开始时的渔业状况作为基线，而非根本未开发或是未被滥捕前的状态。在数百年前曾充满特定物种的地区可能已经历过长期衰退，但所使用的只是这个物种在几十年前的水准作为参考点。使用这种方式，就会把生态系统或物种在很长的时间内，曾发生的大幅下降事实给掩盖，这样的谬误在以往发生，现在也照样会发生。当新一代人再次定义自然或未开发的事物时，就会失去对变化的感知。[143]

参见

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