气候变化和海洋酸化对水下文化遗产构成风险

海浪下的隐秘博物馆

世界各地，过去文明的痕迹静静躺在海床上——沉没的城市、港湾、沉船和石雕像。人们通常把气候变化视为对北极熊或珊瑚礁的威胁，但这项研究表明，它同样危及这些水下的时间胶囊。随着海洋从大气中吸收越来越多的二氧化碳并变得更加酸性，那些保存我们历史的石材开始溶解，缓慢地抹去已保存千年的细节。

为什么海水开始侵蚀石头

海洋充当巨大的气候调节器，吸收热量和人类活动产生的大量二氧化碳。这种服务是有代价的：当二氧化碳溶解在海水中时，会生成一种弱酸，使pH值下降。自工业化前以来，平均海洋酸度已上升约30%，如果温室气体排放保持高位，预计还会进一步增加。长期以来，科学家主要研究这种变化如何损害海洋生命——尤其是造壳生物——但对以大理石和石灰石等碳酸盐岩制成的水下文化遗产意味着什么，关注却很少。

在未来海洋中测试古老石材

为填补这一空白，作者设计了一项模拟过去、现在与可能未来海洋的实验。他们聚焦四种常见的历史建筑石材：卡拉拉大理石、罗马洞石（travertine）、一种致密的石灰岩（称为伊斯特里亚石），以及一种更脆弱、孔隙较多的石灰岩。一些样本被放置在意大利伊斯基亚岛附近的天然二氧化碳通气口处一年，那里火山气泡在海水中形成不同酸度的水域；其他样本则放入定制的实验室水槽中，严格控制温度、压力和pH。通过对石材表面进行三维重复扫描，团队测量了在每种条件下损失的材料量及纹理如何变化。

从缓慢风化到失控侵蚀

结果显示，在当今和过去的海洋条件下，这些石材大多仅发生极微量的磨损——对于大理石和致密石灰岩，通常不到每年百万分之一米，孔隙较大的石材损失则略多。但随着pH下降到本世纪后期在高排放情景下预期的数值，损失速度急剧增加，在更低pH值下更是呈爆炸性加速。例如，在pH为7.0时，孔隙石灰岩每年可能损失数百微米的表层，是现代pH水平下损失的十倍以上。这种关系呈指数型：pH的适度进一步下降就可能意味着多倍的侵蚀，尤其是对较脆弱、更具孔隙性的石材影响更大。

石头上的生命：既是朋友也是敌人

研究还跟踪了海洋生物如何在石材上定殖，因为生物既能保护表面，也能对其造成侵蚀。在接近现代pH的水域，硬壳动物如藤壶和建管虫，以及结壳的红藻，会形成厚厚的附着层。这些粗糙、不平的生长物显著改变了石材的纹理并可在上面蚀刻，但它们也像一层盔甲一样部分保护下面的岩石。随着水体变得更酸性，总体生物多样性下降：藤壶和许多苔甲动物消失，极端条件下主要剩下软藻或几乎没有显著的生长。没有这些附着层，裸露的石面将更直接地暴露于化学侵蚀之下。

未来海床画廊的一瞥

通过将实验数据与未来海洋pH的气候模型预测相结合，作者绘制了时间线和全球风险地图。在大幅减排的情景下，石材侵蚀将在本世纪内保持接近工业化前的水平。然而在高排放路径下，水下石质遗产的腐蚀速度可能比过去快四到六倍，尤其是在更冷的高纬度海域，那些海域吸收更多二氧化碳。数字模拟表明，在这种未来海洋中，一尊沉放水下的 marble（大理石）雕像在500年内可能会失去精细的面部特征和表面细节；更脆弱的石材可能仅在一个世纪内就损失数厘米的材料——这些损伤在过去本需要数千年才能显现。

在历史消融前拯救它

对非专业人士来说，信息很直接：威胁珊瑚和贝类的相同过程也在悄然侵蚀人类历史的水下记录。海洋酸化由我们的碳排放驱动，会把曾经耐久的石头变成逐渐缩小的外壳。保持低排放能使海洋pH更接近历史范围，为这些淹没的遗址争取时间。与此同时，遗产管理者需要新的策略——从细致记录与三维扫描到选择性打捞和新型防护涂层——以确保刻在水下石材上的故事不被更具腐蚀性的海水抹去。

引用: Germinario, L., Munari, M., Moro, I. et al. Climate change and ocean acidification pose a risk to underwater cultural heritage. Commun Earth Environ 7, 157 (2026). https://doi.org/10.1038/s43247-026-03184-w

关键词: 海洋酸化, 水下考古, 文化遗产, 气候变化, 石材侵蚀