自 20 世纪 60 年代以来，全球海洋的氧气含量已下降了约 2%。虽然这听起来可能不多，但海洋和沿海水域氧气含量持续下降（称为脱氧作用）会改变海洋生态系统和生物多样性。这主要是由于全球变暖和养分径流造成的。
人类活动（如森林砍伐和化石燃料使用）产生的温室气体 (GHG) 排放会截留太阳热量，导致地球变暖并加热海洋。氧气在较高温度下溶解度降低，这意味着温水比冷水含有的氧气少。来自农业或废水过量输入的氮和磷等养分引起的富营养化还会刺激藻华，导致藻类分解时氧气消耗。
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路易斯安那州立大学海洋学和湿地研究教授兼主席南希·拉巴莱斯 (Nancy Rabalais) 表示，脱氧作用影响渔业资源并破坏自然的生物地球化学过程。她研究沿海富营养化和缺氧环境。氧气浓度在有机物分解速率和环境中不同元素的循环中起作用。例如，脱氧作用可能会增强磷的循环，减少氮的损失，并初步提高铁的可用性，所有这些都会改变沿海和海洋生态系统的生产力。
氧气含量下降也对海洋微生物和动物产生重大影响。脱氧作用会改变它们的丰度和多样性，减少适合它们栖息地的质量和数量，并干扰繁殖。氧气下降不必非常严重就可能导致生态系统范围的变化。在已经接近生理阈值的低氧区，即使是微小的氧气下降也会产生剧烈的影响。
当海洋失去氧气时，海洋生物会感到压力，需要努力适应——如果它们能做到的话——才能生存。如前所述，对氧气变化敏感的物种，如金枪鱼和鲨鱼，随着缺氧区域的扩大，它们正被迫迁移到较浅的水域。罗格斯大学博士生、研究海洋氧合作用的安雅·海斯 (Anya Hess) 说。脱氧作用还威胁着海洋为人类提供食物的生态系统服务，可能导致渔业捕捞量减少和区域性鱼群崩溃。
尽管新的研究表明脱氧作用最终可能会逆转，但这可能要到遥远的未来。在《自然》杂志上发表的一项最新研究中，海斯和她的合著者研究了大约 16 到 1400 万年前的中新世温暖时期，当时的气温和大气二氧化碳浓度高于今天，以研究“海洋在持续温暖时期行为的一个可能例子”，她说。
他们的研究结果表明，东太平洋——一个主要的缺氧或“死亡”区域，随着气候变暖而缺氧——在那时含氧量很高，这表明随着气候持续变暖，脱氧作用可能会在长远的时间尺度上逆转。
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2018 年发表在《全球生物地球化学循环》杂志上的一项研究中的气候模型预测，到 2150 年至 2300 年，由于热带出口生产力（海洋内部的养分供应）下降，以及海洋通风（表层水向内部传输）增加，氧气浓度可能会开始增加，缺氧区域可能会开始缩小。但海洋生态系统今天已经面临各种影响——而且恢复很难，因为脱氧作用会重构食物网，而那些无法避开低氧水平的生物可能会变得迟钝或死亡。
海斯说：“我认为我们不应该坐等看脱氧作用是否会随着气候持续变暖而逆转。”“我们知道气温升高导致海洋脱氧，所以如果我们想阻止它，我们就知道该怎么做——减少温室气体排放。”
政策制定者还可以在世界各地建立长期的监测项目来研究氧气测量，这将有助于识别模式并预测生物反应。总而言之，脱氧作用的趋势最终可能会在未来逆转，但采取措施减缓气候变化和控制养分径流将惠及人类和海洋生态系统。
