由于每年排放到大氣中的人造二氧化碳約四分之一被海洋吸收，因此海水化學(xué)已經(jīng)在發(fā)生變化。核技術(shù)和同位素技術(shù)是研究碳循環(huán)和海洋酸化的有力工具。它們?yōu)榱私膺^去和當(dāng)前的海洋狀況以及預(yù)測氣候變化的影響做出了廣泛的貢獻(xiàn)。

海洋酸化

隨著海洋吸收了通過人類活動釋放到大氣中的二氧化碳（CO₂），海水的碳酸鹽化學(xué)和酸度發(fā)生變化，這個過程被稱為海洋酸化。盡管該過程減少了大氣中的二氧化碳，大大限制了氣候變化，但由于其對海洋生物和生物地球化學(xué)循環(huán)的潛在影響，海洋酸化有時被稱為“二氧化碳的其他問題”，在過去十年間已成為關(guān)鍵的全球性問題。

核和同位素技術(shù)被用于研究海洋酸化，例如通過對鈣化等生物過程的研究，在調(diào)查過去海洋酸度的變化和海洋酸化對海洋生物的影響方面做出了廣泛貢獻(xiàn)。

盡管已經(jīng)檢測到海洋表面的pH值（“酸堿度”，酸度或堿度的一種度量）降低，但很難估計(jì)海洋酸化對海洋生物群的全面影響。研究顯示了各種可能影響，包括積極影響和消極影響，因?yàn)椴煌奈锓N表現(xiàn)出不同程度的恢復(fù)和適應(yīng)能力。

如果低于一定的pH值和相應(yīng)的碳酸鹽濃度，這種條件就會對碳酸鈣具有腐蝕性，許多生物體的殼體和骨骼由碳酸鈣組成。一些珊瑚、翼足類生物、雙殼貝類和鈣化浮游植物可能對海水化學(xué)的變化尤其敏感。用于克服酸性環(huán)境的能量可能降低供繁殖和生長等生理過程使用的能量。國際原子能機(jī)構(gòu)環(huán)境實(shí)驗(yàn)室的科學(xué)家正使用同位素技術(shù)調(diào)查海洋酸化的影響以及海洋酸化與其他環(huán)境應(yīng)激因素的相互作用。

研究珊瑚和海洋生態(tài)系統(tǒng)

珊瑚礁中存在著地球上一些最多樣化的生態(tài)系統(tǒng)，但研究表明，一些珊瑚對其環(huán)境變化敏感。過去地質(zhì)歷史中的海洋酸化事件導(dǎo)致生態(tài)系統(tǒng)發(fā)生重大變化，包括極端情況下的一些深海底棲有孔蟲（一種海洋生物體）的大規(guī)模滅絕和具有造礁能力的鈣質(zhì)藻類和珊瑚的消逝。

由于對海洋環(huán)境和生態(tài)系統(tǒng)的潛在影響，國際原子能機(jī)構(gòu)的環(huán)境實(shí)驗(yàn)室對諸如海洋酸化對漁業(yè)的經(jīng)濟(jì)影響等問題進(jìn)行了研究。原子能機(jī)構(gòu)還設(shè)有海洋酸化國際協(xié)調(diào)中心，幫助推動海洋酸化科學(xué)、能力建設(shè)和全球溝通。

原子能機(jī)構(gòu)利用核和同位素技術(shù)研究諸如貽貝、牡蠣和珊瑚等海洋生物的生物過程速率。天然存在的硼同位素可用于研究過去海水pH值的變化；科學(xué)家測定了硼同位素在數(shù)千年前形成的珊瑚骨骼中的相對數(shù)量，以評估過去的海水酸度。鈣同位素也用于研究鈣化速率（用于形成殼體和骨骼）和其他過程。

研究全球碳循環(huán)

海洋是大氣中二氧化碳的重要匯集處，對調(diào)節(jié)氣候起著關(guān)鍵作用。二氧化碳被海洋吸收后，可被水團(tuán)吸入和輸運(yùn)，或在光合作用中被吸收并轉(zhuǎn)化為有機(jī)物。大部分有機(jī)物在被浮游動物和微生物進(jìn)食和分解時在海洋表面再循環(huán)。然而，這些有機(jī)物中雖小但卻十分重要的一部分沉入海洋深處，與大氣隔絕數(shù)百年。

這種雨點(diǎn)般下沉的有機(jī)物是食物鏈中海洋生物的重要能量來源。大氣和海洋之間碳平衡是由這些物理和生物過程的速率所控制的。海洋溫度或化學(xué)的變化可能會改變這些速率，從而導(dǎo)致全球碳平衡的轉(zhuǎn)變。

國際原子能機(jī)構(gòu)利用穩(wěn)定的天然放射性同位素來研究有機(jī)物的來源和演變，并了解海洋在全球碳循環(huán)中的作用。其放射生態(tài)學(xué)實(shí)驗(yàn)室通過以下兩種方式測量碳向深海的流量：使用雨量計(jì)狀的沉積物捕集器直接捕獲有機(jī)物；或間接使用天然放射性核素（釷-234、鈾-238、釙-210和鉛-210），在下沉物通往海底的路徑中，吸附到下沉物上。將這些工具應(yīng)用于諸如上升流區(qū)（寒冷、富含營養(yǎng)的水從下方“上涌”）和極地海洋等多種海洋環(huán)境，有助于確定這種下沉流量的程度，并評價其對氣候變化的敏感性。