人類排放的二氧化碳溶於水增加海洋酸性，會溶解珊瑚（主要組成是碳酸鈣）嗎？

01-07

藍色星球2第八集一幕是一個海洋學家做實驗，他往貝殼和珊瑚骨里加酸然後溶解了這些貝殼和骨骼（主要組成碳酸鈣），然後說人類排放的二氧化碳溶於水會增加海洋酸性是導致這個現象的罪魁禍首。
我可以理解增加溫室效應導致水溫升高珊瑚白化，但是碳酸溶解碳酸鈣嗎？還是酸性增高了其他酸也多了？不太明白...

長答案預警。

網上常見的解釋非常簡單，一圖以蔽之：

圖片來源：https://en.wikipedia.org/wiki/Ocean_acidification

碳酸含量增加之後，pH下降，碳酸根含量減少。而考慮碳酸鈣的沉澱平衡：

$Ca^{2+}+CO_{3}^{2-}=CaCO_{3}$

而一旦碳酸根的含量下降了，反應自然往左移動，使得碳酸鈣分解。這一點毫無問題，對吧？

但是從化學平衡的角度來看，這個答案是有問題的。

上圖的縱坐標是組成的比例，而非絕對濃度。增加CO2的供應，碳酸的相對比例會增加不假，但是從化學平衡的角度，碳酸的濃度上升了，與之形成化學平衡的碳酸氫根和碳酸根的絕對含量都應該會上升。

這也就是樓上 @禹傾所說的：

從熱力學上來說，無論往海洋中充多少二氧化碳，都無法改變海洋中碳酸鈣的總量（這裡不準確，嚴格來說還會微弱增加固態碳酸鈣的含量）。

而樓上也指出，動力學才是關鍵，碳酸氫根並不是重點。對此，恕我不能贊同——

考慮下面兩個反應：

$H_{2}CO_{3} = H^{+}+HCO_{3}^{-}$

$HCO_{3}^{-} = H^{+}+CO_{3}^{2-}$

我們有分別的平衡常數：

$K1=[H^{+}][HCO_{3}^{-}]/[H_{2}CO_{3} ]$

$K2=[H^{+}][CO_{3}^{2-}]/[HCO_{3}^{-}]$

再加一個電荷守恆的條件：氫離子的濃度等於碳酸氫根的濃度加上碳酸根濃度的兩倍。三個方程三個未知數，很容易求得固定碳酸含量情況下碳酸根的含量，不意外的，碳酸根的含量會增加——

然而這是不對的。

這是海水，偏鹼性的海水。裡面包含各種鹼金屬和鹼土金屬離子的海水。碳元素主要在碳酸氫根中存在的海水。

平衡不能這麼算。

事實上，氫離子的濃度是很低的，遠比碳酸氫根的濃度低。

因此，加入額外的CO2之後，對H+濃度的擾動要遠比HCO3-濃度的擾動要大。

實際的演算法，應該以碳酸氫根為基準。把上述兩個方程相除，得到：

$[CO_{3}^{2-}][H_{2}CO_{3}]/[HCO_{3}^{-}]^{2} =K2/K1$

因為碳酸氫根的含量很大很穩定，所以增加碳酸的含量之後，碳酸根的含量會下降。想要更精確的結果可以引入其它離子或者多次迭代。

我在網上找到了一個計算，沒給過程，不過結論相同：

圖片來源：http://www.whoi.edu/OCB-OA/page.do?pid=112136

CO2的濃度翻倍後，因為溶解平衡H2CO3的濃度也翻倍，HCO3-的濃度略微增大，CO3 2-的濃度則大幅減少，進而影響了碳酸鈣的沉澱溶解平衡。

以上。

我的答案可能存在錯誤，至少是不完善的。答主@好大的風指出了我回答中的問題，大家可以參考。

———————以下為原答案————————我覺得我可以回答一下這個問題。

題主覺得，碳酸跟碳酸鈣應該是不能反應的，因為如果反應的話，從反應方程式可以看出，該反應的產物還是碳酸跟碳酸鈣，該反應等於沒有發生。

題主的理解沒有錯誤，從熱力學上來說，無論往海洋中充多少二氧化碳，都無法改變海洋中碳酸鈣的總量（這裡不準確，嚴格來說還會微弱增加固態碳酸鈣的含量），但是，海洋中的碳酸鈣依然在不停的與碳酸解離出的氫離子反應生成二氧化碳，水和鈣離子，只不過這些新生成的鈣離子又會和碳酸反應重新生成碳酸鈣和氫離子，這兩個反應的速率是相同的，因此碳酸鈣總量不變。

但是，珊瑚礁上的碳酸鈣反應生成遊離的鈣離子以後，它在哪裡沉積下來，那就不一定了。它們不一定會在原本的珊瑚礁上沉積，更有可能沉積到其他地方，而這些沉積下來的碳酸鈣的物理性質已經跟珊瑚礁完全不同了。它已經不再是珊瑚礁，而是另一種含有碳酸鈣的礦物，儘管海洋中的碳酸鈣總含量不變，但是珊瑚礁確實沒有了。

而二氧化碳導致珊瑚礁溶解加速的原因就是，過量的二氧化碳導致海水中氫離子含量增加，上述兩個反應的第一步反應被加快，從而導致了碳酸鈣被加速轉移，珊瑚礁毀滅速度加快。

紀錄片里的實驗讓題主感到困惑的原因是，它做的那個實驗是不正確的，那個實驗的原理並不是二氧化碳導致珊瑚礁消失的真正原因。

我在這裡提供一個更加合適的實驗，題主可以嘗試在含有不同濃度二氧化碳的溶液（可以通過通入不同量的二氧化碳加壓密封得到）中加入等量的大塊碳酸鈣單晶，過足夠長的時間後，題主會發現在二氧化碳濃度高的溶液中的碳酸鈣單晶，它的稜角會更快的變鈍。就是因為稜角處的碳酸鈣被溶解之後又沉積到了別處，當然，體系中總的碳酸鈣含量不變。這裡面的碳酸鈣單晶就相當于海洋中的珊瑚礁。

@雲舞空城大大提到了碳酸氫鈣的影響，當二氧化碳的濃度非常高的時候，這個影響才是有意義的，但以現在空氣中的二氧化碳含量而言，生成碳酸氫鈣的反應影響可以忽略不計，最主要的影響還是我說的這個反應，到底有多大的影響可以根據這幾個反應的平衡常數計算，很抱歉我手上沒電腦，暫時不能把計算過程發上來。

不評價殼的問題，碳酸溶解碳酸鈣：

CO2+CaCO3+H2O===Ca(HCO3)2

兩個方面：

一、酸度的上升：酸度的上升能大大地影響珊瑚固定鈣離子的能力，從而嚴重影響珊瑚的生長，甚至導致珊瑚死亡。（從生物化學角度考慮，與無機化學關係不大）

二、溫室效應：二氧化碳作為一種溫室氣體能截留太陽輻射和大地反射的熱量，從而使得溫度上升。溫度上升導致與珊瑚共生的各種藻類與珊瑚的共生關係遭到破壞，珊瑚就會露出自身的顏色從而變白。這就是珊瑚的白化現象，珊瑚失去為自己提供能量的藻類後可能會餓死。

以上兩個方面都是有關聯的，二氧化碳的大量排放會對珊瑚這一種生物造成毀滅性的衝擊，這不是危言聳聽。詳情請看紀錄片【2017|美國】追逐珊瑚.Chasing Coral.中英雙字

雖然我是主修海洋生物的，但是看見這個問題還是想來強答一下。

珊瑚主要生活在表層海洋中，所以我們只要考慮大氣中CO2升高對錶層海水的影響就好了。

如上圖所示，當大氣中CO2濃度上升時，表層海水中溶解無機碳含量上升，海水總鹼度不變，海水pH下降，CO2分壓上升。

溶入海洋的CO2氣體與水結合產生碳酸（H2CO3），碳酸的解離過程會向水體中釋放H+，造成pH下降。在當前海洋pH條件下，碳酸鹽體系的緩衝作用會使CO32-與CO2反應生成HCO3-，這一過程並不改變海水的pH，但改變碳酸鹽組分濃度。（如下圖所示）

海洋中產生CaCO3的反應主要是：

CaCO3飽和狀態決定著碳酸鈣的沉澱與溶解，其與海水CO32-濃度密切相關。因此，大氣中CO2濃度的上升最終導致海水中CO32-濃度的下降，從而使得CaCO3的沉澱速率比溶解速率小，造成珊瑚礁的腐蝕速率比珊瑚造礁的速度快。同時，海洋中CO2濃度的改變不僅從化學上影響CaCO3的沉澱，生物自身形成CaCO3沉澱的體系也會發生應激反應。大部分海洋生物骨骼或殼體的形成過程中，生物會把碳酸氫根轉化成碳酸根從而形成碳酸鈣，生物必須消耗能量把此過程產生的質子排到體外環境（海水）中。海洋酸化降低鈣化速率的一種假說是，當海水pH降低時，生物需要更多的能量才能把鈣化過程中產生的質子排到體外，這是因為pH值降低時它們工作在一個反向梯度更大的環境。此外，海洋酸化還通過生理作用間接影響殼體的形成。例如，改變呼吸作用會影響能量的收支，從而改變動物生成殼體物質的能力。在酸化條件下，生物需要在維護殼體上花更多的能量，從而使繁殖或其他生命活動中的能量相應減少。對珊瑚的研究也表明，CO2增強生物的熱靈敏度，在這種情況下，容易觸發由變暖引起的珊瑚「白化」事件。總體來講，看起來海洋酸化可能增強生物體對氣候變暖的敏感性。

這是汽水被黑得最慘的一次

印象中初中化學課上有個簡單實驗，拿個吸管往氫氧化鈣溶液中吹氣，溶液會先變渾濁，繼續吹氣又變清澈了，原理就是呼出的二氧化碳與氫氧化鈣反應產生碳酸鈣，而繼續吹氣則過量的二氧化碳與反應物產生碳酸氫鈣。近二十年了，不知道有沒有記錯。

這個科學家舉的例子有點極端，貝殼和珊瑚骨加足夠的酸，肯定會溶解，但是如果往貝殼和珊瑚骨裡面吹二氧化碳，而不是加酸，貝殼和珊瑚骨溶解的部分是極少的，吹上一天一夜發生的變化，肉眼也看不出來，但是這個變化放到了全球的大空間尺度上，放在幾十年上百年的時間尺度，對珊瑚貝殼造成的影響就很恐怖了

碳酸不能溶解碳酸鈣。除了二氧化碳，還有礦物燃燒產生的二氧化硫等酸性氣體，同為溫室氣體。海水溫度上升是溫室效應引起的，會改變珊瑚蟲和珊瑚的生存環境，比如海平面上升使得淺海中的陽光減少，珊瑚蟲缺少食物，離開珊瑚骨架，造成白化。

二氧化碳與水結合會生成碳酸，碳酸為軟性，裡面的H離子會與珊瑚裡面的碳酸鈣結合，能把珊瑚溶解。

二氧化碳微溶於水，在實現溶解珊瑚的時候，所需二氧化碳量會很多。這時地球已經相當危險了，沒必要再考慮珊瑚了。。。

實名支持@好大的風的答案

回答已經很完善

畢竟送分題沒什麼太多好說的

(?&> &我國九年義務教育取得了巨大成果

高中教育普及率有待提高

其實我是表示懷疑的，因為空氣中的二氧化碳只是增加了兩百ppm。

如果這麼珊瑚蟲都會死，那他們就該死。太脆弱了。

只是臆想而已。