海洋碳泵新发现！揭秘海洋生物如何“锁住”碳，海洋储存的碳可能比预估的要多
海洋储存大气中二氧化碳的能力比最新 IPCC 报告中的估计值高出约 20%。科学家研究了浮游生物在碳从地表水到海底的自然运输中所起的作用。浮游生物吞噬二氧化碳，并在生长过程中通过光合作用将其转化为有机组织。浮游生物死亡后，部分会转化成被称为“海洋雪”的颗粒。这些颗粒比海水密度大，会沉入海底，从而将碳储存在那里，为从微小细菌到深海鱼类等各种深海生物提供必需的营养。
通过分析自 20 世纪 70 年代以来海洋调查船从世界各地收集的大量数据，这个由七名科学家组成的团队能够以数字方式绘制出世界各地海洋有机物质通量图。由此得出的碳储存能力新估计为每年150亿吨，与IPCC在其2021年报告中发布的先前研究结果（每年110亿吨）相比增长了约20％。
这篇论文的创新之处在于利用了长期、大范围的海洋观测数据，为我们更准确地评估海洋碳储存能力提供了新的依据。
参考文献：Wei-Lei Wang, Weiwei Fu, Frédéric A. C. Le Moigne, Robert T. Letscher, Yi Liu, Jin-Ming Tang, François W. Primeau. Biological carbon pump estimate based on multidecadal hydrographic data. Nature, 2023; DOI: 10.1038/s41586-023-06772-4
一、什么是生物碳泵？
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。
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。
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。
二、这项研究的结论对我们了解海洋碳循环有什么新的启示？
Wei-Lei Wang等人在Nature发表的这篇论文，通过对数十年海洋水文数据的分析，对生物碳泵进行了新的估算，为我们了解海洋碳循环带来了重要启示。
1. 生物碳泵效率的长期变化
- 多年代际变化： 研究表明，生物碳泵的效率并不是一成不变的，而是存在着多年代际的变化。这种变化可能与气候变化、海洋环流变化等因素有关。
- 影响因素复杂： 生物碳泵的效率受到多种因素的影响，包括海洋温度、盐度、营养盐含量、浮游植物种类等。
- 区域差异显著： 不同海域的生物碳泵效率存在显著差异，这与各海域的生态环境特征密切相关。
2. 海洋碳储存能力的评估
- 更精确的估算： 基于长期观测数据，研究者对海洋碳储存能力进行了更精确的估算，为我们评估海洋在全球碳循环中的作用提供了新的依据。
- 碳中和目标： 准确评估海洋碳储存能力对于制定有效的碳中和目标具有重要意义。
3. 气候变化对海洋碳循环的影响
- 反馈机制复杂： 研究表明，气候变化不仅影响生物碳泵的效率，而且生物碳泵的变化也会反过来影响气候。
- 正反馈和负反馈： 气候变化可能导致海洋碳泵效率的增强或减弱，从而形成正反馈或负反馈机制。
这项研究表明，海洋碳循环是一个复杂的系统，受到多种因素的影响。通过对生物碳泵的深入研究，我们可以更好地理解海洋在全球碳循环中的作用，为应对气候变化、保护海洋生态系统提供科学依据。
三、思考
Wang等人基于多年代际水文数据对生物碳泵进行估算的研究为海洋碳循环研究提供了新的视角和数据支持。在此基础上，有哪些问题值得我们探讨呢？
微生物在有机物的分解和再矿化过程中扮演着关键角色，其群落结构和功能的变化如何影响碳的垂直输送？除温度和盐度外，海洋酸化、脱氧等气候变化引发的过程如何影响浮游植物生长、颗粒物形成和下沉速率？中尺度涡、上升流等物理过程如何影响有机碳的输运和再矿化？
除了纬度、营养盐等传统因素外，生物多样性、海冰覆盖等因素对生物碳泵效率的区域差异有何影响？赤潮、厄尔尼诺等极端事件对生物碳泵的短期和长期影响如何？边缘海由于陆源输入和复杂的水文过程，其生物碳泵过程与大洋有何不同？
海洋酸化如何改变海洋生物的生理过程，进而影响碳的固定和输送？过度捕捞如何改变海洋食物网结构，进而影响有机碳的垂直输送？海洋污染物对浮游植物生长和颗粒物形成的影响如何？
生物碳泵效率的变化对气候系统的反馈是正反馈还是负反馈？不同海域的反馈机制是否存在差异？生物碳泵与气候变化之间的关系是否为线性关系？是否存在阈值效应？不同海域生物碳泵的变化对全球气候系统的整体影响如何？
如何改进海洋生物地球化学模型中生物碳泵过程的参数化，以提高模型的模拟精度？如何将观测数据与模型进行有效融合，以提高模型对未来海洋碳循环的预测能力？如何量化模型预测的不确定性，以评估预测结果的可靠性？
这些有趣的问题旨在激发你的思考，助你更深入地理解，希望能为你带来新的启示和帮助~~~
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