民國115年 高考三級 海洋行政 海洋學概論
第4題
隨著全球溫室氣體排放，海洋吸收二氧化碳導致海洋酸化，試從化學平衡 觀點，說明二氧化碳在海水中的緩衝作用機制（寫出相關化學反應式）。 （15 分）並論述海洋酸化對…
題目
隨著全球溫室氣體排放，海洋吸收二氧化碳導致海洋酸化，試從化學平衡 觀點，說明二氧化碳在海水中的緩衝作用機制（寫出相關化學反應式）。 （15 分）並論述海洋酸化對海洋造礁生物所造成的生理與生態衝擊。（10 分）
參考解答（AI 生成，非官方）
- 一、碳酸系統與化學平衡：海水中的無機碳以二氧化碳、碳酸、碳酸氫根與碳酸根存在，主要反應式為：CO2(g) ⇌ CO2(aq)；CO2(aq) + H2O ⇌ H2CO3；H2CO3 ⇌ H⁺ + HCO3⁻；HCO3⁻ ⇌ H⁺ + CO3²⁻；CaCO3(s) ⇌ Ca²⁺ + CO3²⁻。各物種比例由平衡常數 K1、K2 與溫度、鹽度、壓力決定，海水 pH 約8.1，溶解無機碳（DIC）以 HCO3⁻ 為主，鹼度（alkalinity）約2.2至2.4 meq/kg。
- 二、緩衝作用機制：大氣 CO2 溶入後經水合生成 H2CO3，解離釋出 H⁺ 與 HCO3⁻；所釋出的 H⁺ 會與海水中豐富的 CO3²⁻ 結合再生成 HCO3⁻，使游離氫離子增幅遠小於純水，pH 下降幅度受限，此即碳酸鹽緩衝（carbonate buffering）。惟此機制消耗 CO3²⁻，使碳酸鈣飽和度 Ω = [Ca²⁺][CO3²⁻]/Ksp 明顯下降，故海水雖具緩衝能力，仍無法阻止酸化與飽和度降低。鹼度在短期內大致保守，常作為推算酸化程度的依據。
- 三、對造礁生物的生理衝擊：Ω 下降使鈣化作用（calcification）所需能量增加，珊瑚、珊瑚藻、有孔蟲與翼足類的鈣化率下降；雖然 CO2 升高可能略促進光合作用，但無法抵銷鈣化抑制。酸化亦干擾珊瑚精子活動力、幼生附著與變態，並影響共生藻（Symbiodiniaceae）的光合效率，降低生殖與補充成功率。
- 四、生態衝擊與因應：鈣化速率下降而生物侵蝕與溶解速率上升，礁體可能由淨堆積轉為淨溶解，立體結構簡化，連帶減少魚類棲地與生物多樣性；鈣質浮游生物減少亦改變食物網與碳輸出。酸化與暖化、海洋熱浪叠加，使珊瑚復原力（resilience）進一步下降。因應上應以全球減碳為根本，並配合減少局部壓力、設立海洋保護區、復育與長期監測 Ω 與鹼度。
AI 依官方試題文字產生的參考解答，非考選部公告答案，內容僅供備考參考。