大西洋“碳泵”变慢了，额外经济损失可能达到8.4万亿美元?

大西洋经向翻转环流减弱对碳循环的影响

乌得勒支大学乌得勒支海洋与大气研究所物理系研究团队在2024年的一项研究，使用CESM2（Community Earth System Model v2）地球系统模型探讨了大西洋经向翻转环流在低排放和高排放情景下的减弱对大气pCO₂的影响。

研究发现，大西洋经向翻转环流减弱会导致大气中的二氧化碳浓度上升。在低排放情景下，大气中的二氧化碳会增加0.45 ppm/Sv；而在高排放情景下，会增加1.3 ppm/Sv。虽然这个数字看起来不大，但在区域尺度上，碳循环和气候变化的影响却非常显著。

在不同排放情景下，大西洋经向翻转环流减弱pCO₂的响应机制也不同。低排放情景下海洋和陆地碳循环共同驱动，而高排放情景下主要由海洋碳循环驱动。

而在海洋中，大西洋经向翻转环流减弱会导致全球海洋吸收的碳减少，在低排放情景下，海洋吸收的碳减少了7.4 PgC；在高排放情景下，减少了15.6 PgC。在北大西洋和北冰洋，减少更为显著，主要归因于海冰增加导致的二氧化碳交换面积减少和净初级生产力的下降。而在太平洋区域，碳吸收增加，主要是由于北太平洋的冷却增加了二氧化碳的溶解度。

在陆域方面，大西洋经向翻转环流减对陆域碳循环也不同。低排放情景下，陆地碳吸收减少了5.3 PgC；而在高排放情景下，陆地碳吸收增加了0.5 PgC。

在南北半球，大西洋经向翻转环流减弱造成的影响也不同，简而言之，北半球会变冷，南半球则会变暖。研究发现，北半球的气温可能会下降超过3°C，而南半球则会变暖。

图：对强 AMOC 减弱的响应

海洋 CO 的结果2整个模拟期间的吸收量。顶行 ( a – c ) 代表 SSP1-2.6，底行 ( d – f ) 代表 SSP5-8.5。左列 ( a , d ) 代表控制模拟中的吸收，中间列 ( b , e ) 代表 HOS 模拟中的吸收，右列 ( c , f ) 代表 HOS 和 CTL 模拟之间的差异。在a、b、d和e中，正值（棕色）代表净吸收，负值（蓝色）代表净排气

大西洋经向翻转环流减弱如何影响全球海洋生态系统

乌得勒支大学乌得勒支海洋与大气研究所物理系研究团队在2025年又进行了一箱研究，探究二氧化碳低排放和高排放清晰下，大西洋经向翻转环流减弱如何影响全球海洋生态系统，研究团队使用先进的CESM2地球系统模型和EcoOcean海洋生态系统模型，模拟了大西洋经向翻转环流减弱对海洋生态系统的潜在影响。

研究揭示，在大西洋经向翻转环流减弱，全球浮游植物的生物量将会减少。在低排放情景下，浮游植物生物量减少了3.78%；而在高排放情景下，减少了2.03%。某些地区的浮游植物减少更为严重，甚至减少达到了30%！

浮游植物的减少直接影响了以它们为食的高营养级生物，在高排放情景下，商业鱼类的生物量减少了15.51%，而浮游植物的减少仅为14.08%，这种放大效应对食物链顶端的生物受到的冲击更为严重。

不同区域的影响程度也不同，北大西洋和南大西洋的部分地区受到的冲击最为严重。在北大西洋副极地区域，浮游植物的生物量减少了30%。不仅如此，大西洋经向翻转环流减弱在某些地区还导致了浮游植物群落结构的显著变化，比如从硅藻主导转变为小型浮游植物主导。

表：四种不同模拟下总浮游植物生物量、三种浮游植物群的生物量、总系统生物量、总消费者生物量和总商业生物量的比较

大西洋经向翻转环流减弱对海洋碳吸收及碳成本的估算

海洋是地球上最重要的“碳汇”之一，尤其是北大西洋，吸收了大量人类活动产生的二氧化碳。在前文的研究中，大西洋经向翻转环流减弱整体会减少海洋碳吸收量，但不同区域影响也不同，在北大西洋和北冰洋，减少更为显著，但在太平洋区域碳吸收增加。

为了进一步探究大西洋经向翻转环流减弱对海洋碳吸收的影响，并进一步探究全球变暖和碳的社会成本，马克斯普朗克气象研究所国际马克斯普朗克地球系统建模研究学院的研究团队使用了地球系统模型进行了淡水注入实验，模拟大西洋经向翻转环流减弱的情形下，海洋碳泵的变化。

研究发现，大西洋经向翻转环流强度与海洋碳吸收之间存在近似线性的关系，随着AMOC减弱，海洋碳吸收减少，导致大气中二氧化碳浓度增加，进一步加剧全球变暖。如果AMOC减弱到一定程度，到2100年，海洋碳储存可能减少15到30PgC（1PgC=十亿吨碳），相当于海洋每年减少吸收约0.2PgC的二氧化碳，几乎是当前全球化石燃料排放量的2%。

此外，大西洋经向翻转环流减弱碳反馈机制将经济影响从净收益转变为净成本，改变了现有对大西洋经向翻转环流减弱的经济评估。研究团队将西洋经向翻转环流减弱碳反馈机制整合到经济评估模型META IAM中，估算了其对碳的社会成本的影响。研究估算，到2100年，大西洋经向翻转环流减弱导致的额外经济损失可能达到3.1万亿到8.4万亿美元。每排放一吨二氧化碳对社会的经济损害也将增加约0.5%到1.63%。

图：建模方法概述

（A）MPI-ESM模型用于模拟AMOC人为减弱的气候状态。（B）然后将由此产生的年度海洋碳储量变化作为模拟AMOC的函数进行分析，得出AMOC强度与碳通量变化之间的定量关系。（C）我们使用CMIP6模型的AMOC预测来估计SSP2-4.5情景下到2100年的AMOC碳反馈强度。（D）然后在META IAM中分析这些预测变化的经济影响，通过计算将AMOC碳反馈明确纳入模型结构后SCC 的相对变化。

❓思考题：如果大西洋经向翻转环流减弱，以下哪个选项最可能发生？

A.北半球变得更冷，南半球变得更热
B.海洋吸收更多的二氧化碳，减缓全球变暖
C.大气中二氧化碳浓度增加，全球变暖加剧
D.北极冰川融化速度减

最新的研究表明，大西洋经向翻转环流在极端强迫下会减弱，太平洋经向翻转环流的出现对大西洋经向翻转环流的减弱也有一定影响，但在21世纪并不太可能出现崩溃。大西洋经向翻转环流的减弱不仅仅是一个科学问题，它关系到全球气候、经济甚至我们的日常生活。

参考文献：

Felix Schaumann，Eduardo Alastrué de Asenjo，Weakening AMOC reduces ocean carbon uptake and increases the social cost of carbon. doi.org/10.1073/pnas.2419543122

A. A. Boot, J. Steenbeek, M. Coll, A. S. von der Heydt, H. A. Dijkstra，Global Marine Ecosystem Response to a Strong AMOC Weakening Under Low and High Future Emission Scenarios. doi.org/10.1029/2024EF004741