3. part 2 수환경

상승하는 대기 중 이산화탄소 농도가 바다의 산성도에 영향을 끼치고 있다 대기와 해양 표층수 사이에 발생하는 이산화탄소의 교환은 이산화탄소가 고농도에서 저농도로 이동하는 순 교환인 확산과정으로 이루어진다. 표층으로 분산되면 이산화탄소는 물과 반응하여 탄산을 형성하고, 이어서 수소이온과 중탄산 이온으로 해리된다. 중탄산염은 나아가 또 하나의 수소이온과 탄산 이온으로 해리될 수 있다. 이 두 가지 화학반응 모두에서 유리 수소이온이 만들어지고, 수소이온의 풍부도는 산성도의 척도이다. 수소이온의 수가 많을수록, pH 값은 낮아지고 용액은 더욱 산성이 된다. 현재의 해양 조건에서, 바닷물에 용해된 이산화탄소의 약 89%가 중탄산 이온의 형태이며, 약 10%는 탄산 이온, 1%는 용해된 가스 형태이다. 해양 표면에서 바닷물의 pH는 약 8.2로 수백만 년간 비교적 일정하게 유지되었다. 그러나 19세기에 산업혁명이 최고조에 달한 이후, 화석연료의 연소 결과 대기 중 이산화탄소 농도는 꾸준히 상승하고 있다. 그 결과 대기와 해양 사이의 이산화탄소 확산 기울기는 증가했고, 점점 더 많은 이산화탄소가 표층수로 유입되었다. 결국 해양 표층수의 pH는 산업화 이전 시대부터 오늘날까지 약 0.1 pH가 떨어졌다. pH 척도가 로그라는 2.7절을 상기하면, pH 0.1 단위의 하락은 해양의 수소이온 농도가 약 25% 증가하는 것과 같다. 화석연료 사용의 기대치 궤적과 대기 중 이산화탄소 농도의 상승 하에서 기후변화정부간협의체의 예측에 따르면, 21세기 말에 이르러 pH는 0.3~0.4 단위 하락하고 해양의 수소이온 농도는 100~150% 상승할 것이다. 해양 표층수에 의한 이산화탄소의 흡수 증가는 다양한 방식으로 해양생물에 긍정적, 부정적인 잠재적 영향을 줄 수 있다. 광합성 조류와 식물은 증가한 이산화탄소가 광합성률을 높이기 때문에 표층수의 높은 이산화탄소 농도에서 이득을 얻을 것이다. 반면, 해양 산성도 증가의 가장 큰 부정적인 영향 중 하나는 석회화와 관련되고 이는 많은 해양생물의 생명 활동과 생존에 중요하다. 탄산칼슘은 해양환경에서 칼슘과 탄산 이온의 반응을 통해 형성된다. 용해된 이산화탄소로부터 중탄산 이온과 탄산이온의 형성을 보여주는 화학식처럼, CaCO3 형성에 관련된 반응은 양방향으로 진행한다. 해수 pH가 낮아짐에 따라 탄산 이온은 수소이온을 중화시키는 제산제처럼 작용하여 더 많은 중탄산염을 형성한다. 따라서 낮아진 pH는 탄산이온 농도의 감소를 가져온다. 탄산이온 농도의 이러한 감소는 무기질을 칼슘 이온과 탄산이온으로 해리시키는 쪽으로 앞선 방정식을 변화시킨다. 무기질의 감소는 굴, 조개, 성게, 얕은 물의 산호, 심해 산호, 석회질 플랑크톤을 포함하는 석회화 종에게 큰 영향을 미친다. 해양생물에 의한 석회화 과정은 용해성 CaCO3의 고체성 CaCO3 구조물로의 침전을 포함한다. 조개껍데기들이 형성된 후 주변 해수가 포화 농도가 아니라면 이들 구조물은 용해에 취약하다. pH 저하로 인해 탄산 이온이 고갈됨에 따라 해수는 석회화에 중요한 두 무기물에 대해 불포화 상태가 된다. 현재 견해에 의하면 대기 중 이산화탄소를 가장 쉽게 흡수하는 극지방의 차가운 고밀도의 물이 아라고나이트에 대해 불포화되고 있으며, 이산화탄소의 예상 방출률 하에서 이번 세기말까지 전 남빙양과 아북극 태평양으로 불포화가 확대될 것이라 추정된다. 이들 변화는 어류에 중요한 환경을 제공하는 한류성 산호와 해양 포식자들의 풍성한 먹이원인 유 각 익족류를 포함하는 고위도 아라고나이트 분비 생물을 위협할 것이다. 이산화탄소 증가에 대한 해양 석회화 종의 반응을 조사한 실험 연구의 총설에서, 우즈홀 해양연구소의 고니와 동료들은 종에 따라 민감도가 다르고, 몇몇 종들은 심지어 이산화탄소 증가 시 석회화가 향상될 수 있음을 확인했다. 그러나 연구자들은 산호 종의 석회화 속도를 조사한 모든 연구를 포함하여 대부분의 종에서 이산화탄소 농도 증가와 더불어 아라고나이트 포화도 감소가 석회화 속도에 부정적인 영향을 주었음을 발견했다. 연구자들은 "해양 산성화는 해양생태계의 전체적 구조와 기능에 매우 중요한 생태적 과정에 영향을 끼치므로 어떠한 유의한 변화라도 미래의 해양 지대한 결과를 가져올 수 있다"라고 결론지었다. 이산화탄소의 대기 농도 증가는 해양의 표면 수에 농도 증가를 불러왔다. 표면 수에서 이산화탄소 농도가 증가하자 pH가 낮아지고 탄산염 농도가 감소하였다. 탄산염 농도의 감소는 해양 석회화 종에 필수적인 탄산칼슘 농도 감소로 이어졌다. 물은 다른 어느 액체보다 많은 물질을 녹일 수 있는 매우 뛰어난 용매이다. 물의 용매 성질은 수생환경에서 발견되는 대부분 무기물의 근원이다. 대부분의 강과 호수에서는 용해된 무기물의 농도가 비교적 낮고 물이 흘러 지나가는 아래 기반암에 의해 주로 결정된다. 대조적으로, 해양은 용질의 농도가 훨씬 더 높다. 순수한 물이 수면에서 대기로 증발하기 때문에 담수의 해양으로의 흐름은 해수의 용질 양을 계속 증가시킨다. 염화나트륨의 용해도는 매우 높으며, 염소와 더불어 해양 염류의 86%를 차지한다. 염소의 농도는 염도 지수로 사용된다. 염도는 물 1kg당 염소의 g로 측정되는 실용 염분 단위, 즉 수생환경과 나타낸다. 하천과 강의 조류, 해양의 파도, 해안에 부서지는 파도는 많은 물 흐름의 해양환경에 영향을 끼친다. 모래 해변을 속도는 흐르는 물의 환경을 변화시킨다. 파도는 암석해안에 부딪히고 용승 지역을 부수고 새로 만들어낸다. 표층 해류의 이동은 심층수의 순환 양상에 영향을 미친다. 적도 해류가 북쪽과 남쪽으로 움직일 때, 심층수가 표면으로 올라와 용승지역을 형성한다. 해안 지역에서는 해안에 평행으로 부는 바람이 연안용승의 양상을 만들어낸다.