Кривая Килинга — один из самых долговечных и полезных инструментов климатологии. Это график, на котором отслеживаются сезонные и годовые изменения концентрации углекислого газа (CO2) в атмосфере с 1958 года, построенный в гавайской обсерватории Мауна-Лоа. Кривая показывает, что средняя концентрация увеличилась с примерно 316 частей на миллион по объему (ppmv) сухого воздуха в 1959 году до примерно 370 ppmv к 2000 году и до 390 ppmv к 2010 году. Сегодня концентрация CO2 держится на уровне 410 ppmv, что на 30 % больше, чем в 1959 году, и на 49 % больше, чем в 1750 году, то есть перед началом промышленной революции (когда концентрация CO2, вероятно, была на уровне ~275 ppmv).
Углекислый газ — парниковый газ, то есть он поглощает все больше и больше инфракрасного излучения (тепловой энергии) по мере увеличения его концентрации в объеме воздуха, и температура воздуха также будет расти, но гораздо медленнее. Поэтому в повышении температуры воздуха во всем мире обвиняют растущие выбросы углекислого газа в атмосферу от промышленности, транспорта и других источников. Однако этот парниковый газ также играет важную роль в океанах, поскольку он легко поглощается морской водой.
Для борьбы с глобальным потеплением наличие огромного океанического «поглотителя углерода», который вытягивает избыток углекислого газа из атмосферы, может быть благом, поскольку температура может повышаться не так быстро, как в противном случае. Однако добавление углекислого газа в морскую воду запускает химическую реакцию, которая снижает уровень pH морской воды, делая ее более кислой. Это состояние называется закислением океана, и оно влияет на выживание морских обитателей. Ученые подсчитали, что в период с 1750 года по настоящее время средний уровень pH морской воды снизился с 8,19 до 8,05, что соответствует 30-процентному повышению кислотности.
Морские кальцификаторы — моллюски (креветки, устрицы, моллюски и т. д.) и кораллы — формируют свои панцири, скелеты и другие структуры, отфильтровывая карбонат кальция из воды. Кислая морская вода уменьшает количество карбонатных ионов в морской воде, а это значит, что по мере снижения pH морской воды у этих организмов остается все меньше и меньше сырья, из которого они могут черпать. Ученые показали, что даже в условиях начала XXI века (pH = 8,05) многие морские кальцификаты растут не так быстро, что может сделать их более уязвимыми для хищников. Кроме того, ученые показали, что некоторые виды птеропод (крошечных моллюсков, служащих пищей для криля и китов) значительно растворяются уже через шесть недель пребывания в такой высококислотной среде.
К 2100 году, если концентрация CO2 в атмосфере поднимется до 750 ppmv, pH морской воды может упасть до 7,8-7,9, что, вероятно, приведет к резким изменениям в морских пищевых цепях. В этих условиях, как опасаются ученые, популяции птеропод и одноклеточных организмов, таких как фораминиферы и кокколиты, сократятся, что заставит рыб и других хищников, питающихся этими крошечными организмами, перейти на новые источники пищи. Помимо таких серьезных экологических последствий, подкисление океана может напрямую угрожать организму крупных животных, таких как кальмары и рыбы, поскольку ацидоз (состояние, при котором концентрация углекислого газа в жидкостях организма повышается) может создать проблемы с их дыханием, ростом и размножением.
