海洋在全球碳循环中的作用,海洋是如何吸收碳的
海洋覆盖了地球表面的71%,在全球气候系统中扮演着至关重要的角色。特别是在碳循环中,海洋不仅是全球最大的碳库之一,还在调节大气中二氧化碳(CO2)的浓度方面发挥着关键作用。近几十年来,全球海洋吸收了大气中约 25% 的人类活动 CO 2排放量,从而显著抑制了全球变暖的进程。
海洋吸收 CO 2发生在海面,空气中的 CO 2溶解在海水中,海水表水中的碳以三种溶解形式存在:二氧化碳、碳酸氢盐和碳酸根阴离子。海洋碳循环并不是一条单行道,因为三种形式的溶解碳彼此处于平衡浓度平衡状态。一个参数的变化会立即导致另外两个参数的补偿反应。一项研究数据表明:自工业化开始以来,海洋酸度增加了 26%。
一、什么是碳循环(Carbon cycle)
全球碳循环是指碳在地球各个储存库(如大气、海洋、陆地生物圈和地质圈)之间的交换过程。这个循环分为快速碳循环和慢速碳循环。碳循环有快有慢。快速循环在生物圈中运行,慢速循环在岩石中运行。快速循环可在几年内完成,将碳从大气转移到生物圈,然后返回大气。慢速循环会延伸到地幔深处,可能需要数百万年才会完成,碳会穿过地壳,在岩石、土壤、海洋和大气之间移动。
二、海洋是如何碳循环的
海洋碳循环主要通过3种机制,分别是物理泵机制、生物泵机制、植物泵机制。
1. 物理泵机制
海洋通过物理泵机制吸收大气中的二氧化碳,主要包括海洋表层的气体交换和深层海洋的碳转运。
气体交换:大气中的二氧化碳溶解在海洋表层水体中。这个过程受到水温、风速和海水pH值的影响。较冷的水体能够吸收更多的二氧化碳,而在热带区域,由于水温较高,二氧化碳的溶解度较低,因此这些地区的二氧化碳吸收能力相对较弱。
深层转运:海洋中的二氧化碳随着海水的垂直混合而被转运到深层海洋。表层水体中的二氧化碳通过海洋环流和对流过程被带到深层。这一过程使得二氧化碳能够在海洋中存储数百年,甚至更长时间。
2. 生物泵机制
生物泵是指海洋生物通过光合作用、呼吸和分解等过程将碳固定和转运到海洋深层的机制。
光合作用:浮游植物在海洋表层通过光合作用将二氧化碳转化为有机物。浮游植物是海洋食物链的基础,它们的光合作用不仅是海洋生态系统的核心,也是全球碳循环的重要组成部分。
食物链传递:浮游植物被浮游动物、鱼类等海洋生物摄食,碳在海洋食物链中逐级传递。最终,当这些生物死亡并沉降到海底时,碳也随之沉降。部分碳会在沉降过程中被分解,但有一部分会在沉积物中存储较长时间。
3. 植被泵机制
海洋中的海草床和红树林等植被也在碳循环中扮演着重要角色。
海草床:海草通过光合作用固定大量二氧化碳,并将其储存在根系和沉积物中。海草床的碳储存能力甚至超过了一些热带雨林。
红树林:红树林生长在潮间带,其根系不仅固定碳,还减少了沉积物的流失。红树林湿地通过将碳储存在沉积物中,对全球碳储量具有显著影响。
三、哪些因素影响海洋碳循环
海洋碳循环能力主要跟海洋环境有关,海洋环境直接影响海洋碳循环。如温度、海洋酸化、海洋环境污染等。
温度:海水温度影响二氧化碳的溶解度。较冷的海水能够溶解更多的二氧化碳,而较暖的海水则会释放二氧化碳。
海洋酸化:由于大气中二氧化碳浓度增加,更多的二氧化碳溶解在海水中,导致海洋酸化,影响海洋生物和碳循环。
污染:塑料污染和其他污染物影响海洋生态系统,进而影响碳循环。
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