了解生物碳泵，全球上层海洋溶解氧如何限制碳封存

全球碳循环在调节地球气候方面发挥着核心作用，了解海洋对这一循环的贡献对于预测未来气候情景至关重要。海洋碳循环中一个重要过程是生物碳泵，生物碳泵是指碳通过生物过程从大气转移到深海，影响这一过程的一个关键因素是上层海洋溶解氧的消耗，这直接限制了碳如何运输到深海。

海洋生物碳泵与上层海洋溶解氧

生物碳泵是海洋固碳能力的关键机制。这个过程始于海洋初级生产者（如浮游植物）从大气中吸收二氧化碳，这些生物通过光合作用将二氧化碳转化为有机碳，最终以颗粒有机碳的形式沉入海洋深层。生物碳泵是一种天然机制，可将二氧化碳从大气中去除并储存在深海中，深海可保存数百至数千年。

海洋中的溶解氧是生物活动的关键指标，因为浮游生物和底栖生物在呼吸有机物时都会消耗溶解氧。影响生物碳泵效率的关键因素之一是上层海洋溶解氧预算。上层海洋的氧气消耗与生物活动直接相关，影响海洋生物的呼吸作用和有机碳的再矿化。

上层海洋从海面延伸到约200米深处，对于研究溶解氧尤为重要，因为它是大多数生物活动发生的区域。在这个区域，浮游植物的光合作用为海水增加了氧气，而有海洋生物的呼吸则消耗了氧气，这两个过程之间的平衡对于了解海洋中碳的命运以及生物碳泵的关键。

因此，上层海洋的溶解氧收支反映了海洋生态系统的整体健康状况以及从海洋表面向深海输出碳的强度。

新的研究发现

日本海洋地球科学技术振兴机构全球变化研究所引导的一项新的研究，通过揭示上层海洋溶解氧平衡来量化通过生物碳泵从上层海洋输出的碳。

这项研究的主要发现之一是使用溶解氧作为中心指标量化通过生物碳泵的碳输出。研究人员使用光合作用比率将得出的氧气产量转换为碳单位，并推断出通过生物泵的全球年度碳输出量估计为7.36 ±2.12PgC/年，从而为整个海洋碳循环提供了见解。这一发现凸显了海洋在碳封存和减缓气候变化方面发挥的重要作用。

研究人员表明，由有机物呼吸驱动的海洋氧气消耗与生物碳泵直接相关，这种联系可以更好地估计碳封存率。这项研究的估计结果对解决围绕生物碳泵对全球碳循环的效率和贡献的长期不确定性做出了重大贡献

此外，这项研究确定了全球海洋溶解氧消耗的空间变异性。海洋中氧气动态并不统一，由于生物活动、海洋条件和水循环的差异，不同地区的氧气消耗率也不同，这种空间分布有助于完善预测海洋在区域和全球范围内碳封存作用的模型。该研究提供了全球氧气预算的详细地图，突出显示了生物泵最活跃和最有效的区域。

研究强调，氧气严重不足的地区可能会降低生物生产力和碳封存能力。

思考

生物碳泵的效率在不同海洋区域如何变化，哪些因素导致了这种变化？气候变化对生物碳泵的长期影响是什么，这些变化如何影响全球碳封存？溶解氧预算的变化如何影响海洋生态系统和生物多样性，特别是在氧气含量最低的地区？

参考文献：Ryohei Yamaguchi, Shinya Kouketsu, Naohiro Kosugi & Masao Ishii ，Global upper ocean dissolved oxygen budget for constraining the biological carbon pump.  Communications Earth & Environment volume 5, Article number: 732 (2024)，doi. s43247-024-01886-7

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