海洋碳汇是如何变化的？如何研究海洋碳平衡？
The ocean‘s carbon balance
亿万年来，海洋一直在从大气中吸收二氧化碳，并在稳定的吸气和呼气中再次释放。海洋通过类植物生物（浮游植物）的光合作用以及简单的化学反应吸收二氧化碳：二氧化碳溶解在水中。它与海水反应，生成碳酸。碳酸释放氢离子，氢离子与海水中的碳酸盐结合形成碳酸氢盐，这是一种不容易从海洋中逸出的碳。
随着我们燃烧化石燃料和大气中的二氧化碳含量上升，海洋吸收了更多的二氧化碳以保持平衡。但这种吸收是有代价的：这些反应会降低水的pH值，这意味着它的酸性更强。
海洋有其局限性，随着气温的升高，二氧化碳会从海洋中泄漏出来，就像在温暖的日子里一杯根啤酒变平一样。碳酸盐被耗尽，必须通过更深水域的上升流来重新储存，这些水域富含从石灰石和其他岩石中溶解的碳酸盐。
在海洋的中心，风力驱动的洋流将凉爽的海水和新鲜的碳酸盐带到地表。新水吸收了更多的碳以匹配大气，而旧水则将其捕获的碳带入海洋。
地表水变得越暖和，风就越难将表层与深层混合。海洋沉淀成层状，或分层。如果不从下方注入富含碳酸盐的新鲜水，地表水就会被二氧化碳饱和。死水还支持较少的浮游植物，并且光合作用对二氧化碳的吸收减慢。简而言之，分层减少了海洋可以吸收的碳量。
海洋学家一开始想知道海洋是否跟上了人们向大气中排放的二氧化碳量，美国国家海洋和大气管理局（National Oceanic and Atmospheric Administration）的太平洋海洋环境实验室（Pacific Marine Environmental Laboratory）经过 30 多年的研究，这个问题本身并没有改变，但其背后的原因却截然不同。
他们发现人类并不是改变海洋碳循环的唯一参与者。几十年来，天气和洋流的自然循环改变了海洋吸收和排放二氧化碳的速度。更重要的是，科学家们开始发现证据表明，人类引起的大气变化也会改变海洋吸收碳的速度。
一、如何开展海洋碳汇测量
查德·费利（Richard Feely）是一名海洋学家，从事这种工作已经近40年了。他们几十年来一直在监测地球的海洋，试图弄清楚海洋吸收了多少人类释放的二氧化碳。
该小组围绕着一个圆形的仪器集群和 36 个三英尺高的 PVC（塑料）瓶，轮流从瓶子中提取海水，采用流水线风格。
这是一个深思熟虑、井然有序的过程。首先填充用于氧样品的玻璃样品瓶，然后填充用于氯氟烃（氟利昂）样品的巨大注射器，依此类推，直到每个瓶子中流出 10 到 15 个不同的样品。每个人都有任务和位置。
为了试图了解海洋的碳限制，Richard Feely和海洋学界的其他成员测量了溶解碳和海洋的pH值。他们探测其温度、碱度、盐度，并记录氯氟烃或氦气等示踪剂的存在，以找出水最后一次暴露在大气中的时间。到一次典型的巡航结束时，他们将收集 50,000 个或更多的测量值。然后他们第二年再出去重复一遍，他们已经这样做了近40年。
Richard Feely和他的同事们看到了变化，但它们根本不是他们预期的变化。随着大气中二氧化碳的飙升，海洋中的碳浓度确实有所增加，但在2006年，Richard Feely和几位同事宣布，赤道太平洋在1997年至2004年间向大气中排放的二氧化碳似乎比往年还要多。
在太平洋地区，Feely追踪到赤道处增加的通风口导致了另一种自然模式的转变。这太平洋年代际振荡是一种长达数十年的气候模式，交替使海洋变暖和降温。“当太平洋年代际振荡进入冷阶段时，你会得到更强的风和更强的上升流。
2007年，东英吉利大学的海洋学家乌特·舒斯特（Ute Schuster）和安德鲁·沃森（Andrew Watson）报告称，1994年至2005年间，北大西洋吸收的碳量减少了两倍。海洋或海洋的一部分似乎吸收的碳减少了，而不是更多。
在1990年代初期，北大西洋涛动在冬季为北大西洋北部地区带来了更强、更频繁的风。风搅动了海洋，将富含二氧化碳的地表水塞入水中，并将不饱和水拉到地表，实际上增加了北大西洋吸收碳的速度。到2000年，北大西洋涛动发生了变化，风平息了风，并允许温暖的海水向北扩张。这两个变化增加了北大西洋的分层，并减缓了1994年至2005年间的碳吸收。
海洋对碳的吸收并不均匀。它呼吸，吸入和呼出二氧化碳。除了风力驱动的洋流轻轻地搅动海洋盆地的中心（这些水域最受分层限制的水域）之外，海洋的自然、大规模的环流将深层水拖到这里和那里的地表。数百年来，这种深涌水已经收集了碳，将二氧化碳排放到大气中，就像烟雾从烟囱中逸出一样。太平洋十年振荡的冷相带来的更强的上升流明显增大了烟囱的尺寸，让更多的碳逃逸到大气中。
经过30年的测量，海洋碳科研人员意识到，追踪人类引起的海洋变化并不像他们想象的那么容易。这不仅仅是测量海洋中碳浓度随时间变化的问题，因为海洋中的自然碳循环比他们想象的要多得多。
海洋碳汇问题仍然存在：海洋碳汇是如何变化的？还需要更多的研究。
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