海洋生態系の環境破壊（かいようせいたいけいのかんきょうはかい）には、古来からの過剰漁獲（乱獲）・生息地破壊・外来種導入・海洋汚染に加え、気候変動に伴う海洋酸性化・海洋温暖化など多様なものがある。これらは海洋生態系や海洋食物網を破壊し、海洋生物と海洋生息地に甚大な被害を及ぼし、将来の海洋生物多様性と存続に未だ認識されていない結末をもたらしうるHuman impacts on marine ecosystems . GEOMAR Helmholtz Centre for Ocean Research. Retrieved 22 October 2019.。
気候変動に関する政府間パネル（IPCC）によれば、1950年以降「多くの海洋生物種が、海洋温暖化・海氷変化・海洋酸素損失などの生物地球化学的変化に応じ、地理的分布や季節的活動を変化させてきた」。2018年時点の研究によれば、海洋の原生的な状態が破壊されずに保たれているのは全地球海洋のわずか13%に過ぎず、そのほとんどは沿岸部にはもはや存在しないJones, K. R., Klein, C. J., Halpern, B. S., Venter, O., Grantham, H., Kuempel, C. D., Shumway, N., Friedlander, A. M., Possingham, H. P. and Watson, J. E. (2018) "The location and protection status of Earth's diminishing marine wilderness". Current Biology, 28(15): 2506–2512. .。
過去50年間、人間活動による地球温暖化による熱量の90%以上と、人間が排出し続けている二酸化炭素が海洋に吸収されてきた。これにより海水温上昇と海洋酸性化が起こり、多くの海洋生物に害を及ぼしその生息地を損ない続けている。サンゴは炭酸塩岩や石灰質堆積物を生成し、海洋生物に食料や住処を提供し、人間にさえも多くの利益をもたらす独自で価値ある生態系を形成している。にもかかわらず人為的海水温上昇と海洋酸性化はサンゴの白化を引き起こしている。
人間が引き起こしている他の大問題のひとつに、全地球的規模の海洋プラスチック汚染がある。海溝・深海堆積物・海底・海嶺・海面・沿岸海域に至るまで拡散し、絶海の孤島や北極海など極地でさえ例外ではなく地球上でおよそ汚染されていないところはないと言ってよい。海洋ゴミの80％はプラスチックである。遠隔地の島々の環礁や浜でさえも、遠くから流れ着いたプラスチックで埋まっていることが珍しくない。これはプラスチックの生産・使用・廃棄に対する人間の無責任な態度と不適切な廃棄物管理ないしインフラが原因である。2017年の国連の海洋会議は、2050年までには海洋棲息魚類の全重量を上回る量のプラスチックが海洋に流出しているかもしれないとした。
気候変動による海洋生態系への悪影響
海洋環境では微生物の一次生産が二酸化炭素隔離に大きく寄与する。海洋微生物は海洋食物網で栄養を再循環させ、微生物バイオマスや動植物の残骸はいずれは化石燃料に変換されうるが数百万年かかる。しかし人類がその化石燃料を莫大量燃焼し二酸化炭素その他温室効果ガスに一瞬で再変換してしまう結果、炭素循環が不均衡となり大気中の二酸化炭素濃度は上昇し続けている。
2025年9月サイエンス誌に発表された研究は、2050年頃における2つの気候シナリオに基づき、10種類の気候・陸上・漁業・その他の圧力が20の海洋生息地に及ぼす将来の影響をマッピングした結果、累積的影響は世界全体で2.2～2.6倍に増加すると予測した。影響は沿岸生息地でより大きいが赤道地域では沖合域でも顕著に増加し、海洋資源に依存する多くの国で影響が大幅に増加しうる。
海洋温暖化
地球温暖化による熱エネルギーの大部分は大気や陸地ではなく海洋に吸収されるIPCC (2007) Ocean Heat Content. Fourth Assessment Report.Nuccitelli et al 2012 Total Heat Content. Skeptical Science. Accessed 30 December 2019.。既に1980年代に科学者たちは、海洋は気候変動による人的影響を示す指標であり、「気候感度の理解を大きく改善する最良の機会はおそらく海洋内部温度の監視にある」と認識していたHansen, J., Fung, I., Lacis, A., Rind, D., Lebedeff, S., Ruedy, R., Russell, G. and Stone, P. (1988) "Global climate changes as forecast by Goddard Institute for Space Studies three‐dimensional model". Journal of geophysical research: Atmospheres, 93(D8): 9341–9364. .。
地球温暖化が進むにつれ海洋生物はより冷たい海域へ移動している。例えば米国北東海岸とベーリング海東部で105種の海洋魚類と無脊椎動物を1982年から2015年まで観測したところ、平均的な生物量の中心は北に約10マイル、深さにして約20フィート移動していたData source: NOAA and Rutgers University (2016) OceanAdaptPinsky, M. L., Worm, B., Fogarty, M. J., Sarmiento, J. L. and Levin, S. A. (2013) "Marine taxa track local climate velocities". Science, 341(6151): 1239–1242. .。
海洋温度の上昇が海洋生態系に打撃を与えている証拠がある。例えば2016年の研究ではそれ以前60年間にインド洋の植物プランクトンが最大20%減少したことが示されている。夏季のインド洋西部は世界最大級の海洋植物プランクトンブルームの集中地である。温暖化が進むと海洋成層が強まり光合成に十分な光が到達する有光層での栄養混合が阻害される。その結果一次生産は制約され、その被害は食物網全体に行き渡る。急速な温暖化が続けばいずれインド洋は生態学的砂漠と化し生産性を失いうる。
IPCC2019年特別報告は海洋温暖化が全世界的に漁業・食料生産に直接的な影響を及ぼしていると述べている。21世紀末までに海洋動物数が15%減少し漁獲量は21~24%減少しうる。
2020年の研究によれば、温室効果ガス排出が削減されたとしても2050年までに深海での地球温暖化が現在の7倍の速さで拡大する可能性がある。中層およびより深い層での温暖化は、海洋生物のより冷涼な水域への移動を余儀なくし、深海の食物網に大きな影響を及ぼすBrito-Morales, I., Schoeman, D. S., Molinos, J. G., Burrows, M. T., Klein, C. J., Arafeh-Dalmau, N., Kaschner, K., Garilao, C., Kesner-Reyes, K. and Richardson, A. J. (2020) "Climate velocity reveals increasing exposure of deep-ocean biodiversity to future warming". Nature Climate Change, pp. 1–6. .Climate change in deep oceans could be seven times faster by middle of century, report says The Guardian, 25 May 2020.。 サムネイル|海洋温暖化はキーストーン種であるナンキョクオキアミの分布を変えている。|200x200ピクセル南極振動（南半球環状モードとも呼ばれる）は、南極を取り囲む偏西風または低気圧の帯であり、その位相によって北または南に移動するThe Southern Annular Mode. Australian Bureau of Meteorology. Accessed 25 Oct 2013.。正の位相では、南極周極流を駆動する偏西風帯が強化され南極側に収縮し、負の位相では赤道側に拡大する。南極振動風は南極大陸棚沿いで暖かい周極深層水の湧昇を引き起こす。この結果氷棚の下部融解が嵩じ南極氷床のかなりの部分を不安定化させうる。
南極振動は2020年時点、過去1000年以上で最も極端な正の位相にあり、その原因は温室効果ガス濃度の上昇と成層圏オゾンの減少にあるとされる。海洋温暖化はナンキョクオキアミの分布を変え、またショウワギスのような生息範囲が限られた浅瀬の魚種にも脅威を及ぼしている。ナンキョクオキアミは沿岸棚以外の南極生態系におけるキーストーン種であり、海洋哺乳類や海洋鳥類の重要な食料源であることから、南極の海洋食物網のあらゆるレベルがこれら大規模な環境変化の影響を被っている。
海面上昇
サムネイル|1880年を基準値０とした2015年までの海面上昇（単位はインチ）CSIRO 2015 update to data originally published in: Church, J. A., and N. J. White (2011) "Sea-level rise from the late 19th to the early 21st century". Surv. Geophys., 32: 585–602.NOAA Laboratory for Satellite Altimetry (2016) Global sea level time series. Accessed: June 2016.|450x450ピクセル沿岸生態系は海面上昇によりさらなる変化に直面している。一部の生態系は内陸へ移動できても、自然または人工の障壁により移動が阻まれる場合がある。人為的障壁があると干潟や湿地などの生息地が失われる。マングローブや潮汐湿地は堆積物や有機物を積み上げて垂直方向に成長することで、時間をかけて海面上昇に対応しうるが、海面上昇が速すぎれば追随できず水没する。重要な生態系であるサンゴも、日光から十分なエネルギーを得るために海面近くで垂直方向に成長する必要がある。これまでは追随できてても将来はできない可能性がある。
これら生態系は高潮・波・津波への天然の防壁であり、失われると海面上昇の影響がいっそう悪化する。ダム建設などの人間活動は沿岸湿地への堆積物供給を制限し、潮汐湿地の消失を招く。海水が内陸に侵入すると、陸上生態系の土壌を塩害汚染するなどの問題が生じ、さらに沿岸部に棲息する生物の絶滅をも引き起こす。海抜3メートル未満のオーストラリア北部沿岸に棲息していた陸生哺乳類のブランブルケイメロミスは、そのような海面上昇の結果として絶滅した。
2025年10月にネイチャー誌に発表された研究は、400を超える熱帯西大西洋のサイトで化石サンゴ礁堆積物を分析して、さまざまな炭素排出シナリオ（SSP）の下で今世紀末までに生じるサンゴ礁上の水深の増加の大きさを見積もった結果、熱帯西大西洋のサンゴ礁の70%以上が2040年までに純侵食状態に移行し、温暖化が2℃を超える場合（SSP2～4.5以上）には少なくとも99%のサンゴ礁が侵食されると予測した。重大なことに、サンゴ礁成長と海面上昇の軌道が異なるため海面上昇の影響は増幅する。すべての温暖化シナリオで2060年までに水深は現在より約0.3～0.5m増加し、2℃を超える温暖化シナリオでは、今世紀末までに水深が0.7～1.2m増加すると予測した。
海洋循環・海洋塩分
海洋塩分は陸地からの侵食や溶解塩類の輸送によって供給される。表層海洋の塩分は、地球規模の水循環、海洋/大気交換、海洋循環などの気候システムの重要要素の主要変数であり、これらは地球規模で熱・運動量・炭素・栄養素を輸送するNew maps of salinity reveal the impact of climate variability on oceans. European Space Agency, 2 December 2019, PHYS.ORG.。冷水は温水より、また塩水は淡水より密度が高く、海水の密度は温度と塩分の変化によって変わり、これらの密度変化が海洋循環の主な駆動力である。表層海洋塩分測定によれば塩分の高い水域はさらに高く、低い水域はさらに低くなっており、これは気候変動により水循環が強化されたことを意味する。
海洋酸性化
海洋酸性化は主に大気中の二酸化炭素の吸収によって引き起こされ、したがって化石燃料燃焼由来の大気中二酸化炭素増加は、海洋酸性度を上昇（水素イオン指数（pH）を低下）させている。IPCC2019年特別報告によれば、海洋酸性化は産業革命以降26%増加したIPCC (2019) Summary for Policymakers. In: IPCC Special Report on the Ocean and Cryosphere in a Changing Climate , Chapter 1, page 14. [H. O. Pörtner, D. C. Roberts, V. Masson-Delmotte, P. Zhai, M. Tignor, E. Poloczanska, K. Mintenbeck, M. Nicolai, A. Okem, J. Petzold, B. Rama, N. Weyer (eds.)]. Final draft: 24 September 2019.。これは人為的気候変動とともに「地球温暖化の悪魔の双子」、「もう一つの二酸化炭素問題」などと呼ばれている。
海水中の炭酸イオン濃度は二酸化炭素により増加しても、サンゴ・ウニなどの棘皮動物・貝類・円石藻・翼足類など多様な海洋生物が骨格や殻の材料とする炭酸カルシウムの溶解度は酸性度とともに上昇するため、海洋酸性化はそれら骨格や殻を不安定化しそれら海洋生物の生存を困難にしうるTrujillo A. P. and Thurman H. V. (2009) Essentials of Oceanography, 9th edition, page 151, Pearson Education International: .。（後出「炭酸カルシウム」の項参照）また酸性度の増加は一部の生物で代謝率や免疫反応の低下、サンゴの白化などの害も及ぼす。
クモヒトデは翼足類とともに北極圏の食物網の基盤を形成し、どちらも酸性化によって深刻な損傷を受ける。酸性化の進行でクモヒトデは付属肢の再生が大いに損なわれている。さらにクモヒトデの卵は、予想される北極酸性化条件下では数日以内に死滅する。北極の食物網は単純で小型生物から大型捕食者までの食物連鎖の段階が少なく、したがって酸性化により基盤から破壊されうる。
海洋低酸素化
海洋低酸素化は海洋の酸素最少域が拡大する現象で、海洋生産力・栄養循環・炭素循環・海洋生息地に影響し、いうまでもなく水中でエラ呼吸する魚介類などの海洋生物にとっては非常に大きいストレス要因であるLaffoley, D. and Baxter, J. M. (eds.) (2019) Ocean deoxygenation : everyone's problem , IUCN Report.。この変化はかなり急速で、栄養確保や生計を海産物に依存している人々にも被害を及ぼしているOceans suffocating as huge dead zones quadruple since 1950, scientists warn. The Guardian, 2018Ocean's Oxygen Starts Running Low.Finding forced trends in oceanic oxygen.How global warming is causing ocean oxygen levels to fall.。
海洋温暖化は海洋低酸素化を悪化させ、密度と溶解度の影響により海洋成層化を強化して酸素と栄養素の層間交換を低下すると同時に、代謝需要を増加させることで海洋生物へのストレスはさらに増大するBednaršek, N., Harvey, C. J., Kaplan, I. C., Feely, R. A. and Možina, J. (2016) "Pteropods on the edge: Cumulative effects of ocean acidification, warming, and deoxygenation". Progress in Oceanography, 145: 1–24. .Keeling, Ralph F., and Hernan E. Garcia (2002) "The change in oceanic O2 inventory associated with recent global warming". Proceedings of the National Academy of Sciences, 99(12): 7848–7853. .。IPCC2019年特別報告によれば、これにより海洋食物網全体で種の存続可能性が乱されている。。
有害藻類の大量発生
有害藻類の大量発生（HAB）は1980年代以降沿岸地域においてその発生範囲と頻度が増加している。特に南オーストラリア州のグレートサザンリーフ全域で、かつてない規模で海洋生物に壊滅的な被害をもたらしており、気候変動に伴い増加すると予想されている。
HABの増加は気候変動によるものというより観測技術が向上したことによる可能性もあるCooley, S., D. Schoeman, L. Bopp, P. Boyd, S. Donner, D.Y. Ghebrehiwet, S.-I. Ito, W. Kiessling, P. Martinetto, E. Ojea, M.-F. Racault, B. Rost, and M. Skern-Mauritzen, 2022: Chapter 3: Oceans and Coastal Ecosystems and Their Services . In: Climate Change 2022: Impacts, Adaptation and Vulnerability. Contribution of Working Group II to the Sixth Assessment Report of the Intergovernmental Panel on Climate Change [H.-O. Pörtner, D.C. Roberts, M. Tignor, E.S. Poloczanska, K. Mintenbeck, A. Alegría, M. Craig, S. Langsdorf, S. Löschke, V. Möller, A. Okem, B. Rama (eds.)]. Cambridge University Press, Cambridge, UK and New York, NY, USA, pp. 379–550が、いずれにせよHABは地域の食料安全保障・観光業・経済に悪影響を与え懸念材料である。HAB促進要因は海洋温暖化・海洋熱波・低酸素・富栄養化（水質汚染）などであるCaretta, M.A., A. Mukherji, M. Arfanuzzaman, R.A. Betts, A. Gelfan, Y. Hirabayashi, T.K. Lissner, J. Liu, E. Lopez Gunn, R. Morgan, S. Mwanga, and S. Supratid, 2022: Chapter 4: Water . In: Climate Change 2022: Impacts, Adaptation and Vulnerability. Contribution of Working Group II to the Sixth Assessment Report of the Intergovernmental Panel on Climate Change [H.-O. Pörtner, D.C. Roberts, M. Tignor, E.S. Poloczanska, K. Mintenbeck, A. Alegría, M. Craig, S. Langsdorf, S. Löschke, V. Möller, A. Okem, B. Rama (eds.)]. Cambridge University Press, Cambridge, UK and New York, NY, USA, pp. 551–712。
極地氷床
かつて氷床は炭素循環の不活性成分とみなされ地球規模モデルでほとんど考慮されてこなかった。2010年代以降の研究はこの見方を変え、氷床に特有の微生物群集の存在、高い速度で進む生物地球化学的・物理的風化、1000億トンを超える有機炭素や栄養素の貯蔵と循環を明らかにしているWadham, J. L., Hawkings, J. R., Tarasov, L., Gregoire, L. J., Spencer, R. G. M., Gutjahr, M., Ridgwell, A. and Kohfeld, K. E. (2019) "Ice sheets matter for the global carbon cycle". Nature communications, 10(1): 1–17. . 50x50ピクセル Modified text was copied from this source, which is available under a Creative Commons Attribution 4.0 International License.。
海洋地球化学的な悪影響
二酸化炭素
2023年時点で大気中二酸化炭素年間増加量は炭素換算で約4~5ギガトン、年間約2~3ppmであり、これは気候フィードバックプロセスを促進する気候変動を引き起こし、海洋循環と海水の物理的および化学的性質を変化させている。海洋は人為起源二酸化炭素の25~31%を吸収していると見積もられており、 前項で述べられているように海洋酸性化の原因となっている。
窒素
生物が利用可能な形の窒素（肥料由来の窒素など）は流出や大気沈着によって海洋生態系に流入し、富栄養化・デッドゾーン形成・酸素最少域の拡大を引き起こす。また人為活動による大気中への窒素酸化物放出は成層圏オゾンを破壊し、海洋生物への強いUVB曝露・酸性雨・海洋温暖化をもたらし、この海洋温暖化が海洋の成層化・低酸素化・さらなるデッドゾーン形成を引き起こす。デッドゾーンと酸素最少域は嫌気性アンモニウム酸化および脱窒のホットスポットであり、いっそうの窒素損失をもたらす。また海水酸性化は、硝化などpH依存の窒素循環過程を減少させ、窒素固定を促進する。
炭酸カルシウム サムネイル|1880年から2012年にかけての海水中アラゴナイト飽和度の低下。|400x400ピクセル アラゴナイトは多くの海洋動物が骨格や殻を作るために用いる炭酸カルシウムの形態である。いくつかの研究が1880年から2012年にかけての値に基づき、海洋表層水のアラゴナイト飽和度が（南極を除く）世界中の全ての大陸およびグリーンランドの東側の海洋全域で大きく低下したことを示している。
海水中に溶解・飽和しているアラゴナイト濃度が低いほど、円石藻のような微生物・ウニ・一般的貝類など海洋生物が骨格や殻を構築・維持することが難しくなる。翼足類は広く分布する遊泳性の海洋巻貝の一群である。海洋酸性化の進行により水中炭酸塩飽和濃度が減少しアラゴナイト生成が損なわれることに加え、酸性化は殻を不安定化・溶解する作用がある二重苦により、翼足類は深刻な影響を被っている。同様にサンゴ・石灰藻・有孔虫も、海洋酸性化の影響で石灰化減少や殻溶解を被っている。海洋巻貝Lunella granulataをさまざまな pH (8.1～7.1) に 85 日間曝露した後の殻の成長・表面侵食・微細構造の変化を調べた研究では、pH≤ 7.5で殻の成長が著しく阻害され、内面に顕著な溶解穴が形成された。
シリカ（ケイ酸、珪酸）
海洋酸性化は、珪藻などケイ酸殻を有する海洋微生物が殻を作るのも困難にする。2019年の研究は、南極海で酸性化が珪藻による海洋ケイ酸生産を減少させていると示唆したNew threat from ocean acidification emerges in the Southern Ocean, Phys.org, 26 August 2019.Petrou, K., Baker, K. G., Nielsen, D. A. et al. (2019) "Acidification diminishes diatom silica production in the Southern Ocean". Nature: Climate Change, 9: 781–786. .。さらに人間活動による淡水生態系での富栄養化（窒素とリンの増加）のため、陸上では非珪藻植物プランクトンが優勢となり、これにより珪藻を通じてのケイ酸の海洋供給が制限されうる。
複数要因の相乗的増悪効果