随着海洋变得越来越弱，它可能会从深海向大气释放更多的碳，而不是像一些人预测的那样减少。
新的研究对当前关于海洋在碳储存中的作用的看法提出了挑战。
麻省理工学院的一项新研究挑战了之前对海洋在气候变化中的作用的认识，该研究表明较弱的海洋环流可能不会减少，反而会增加大气中的二氧化碳水平。这一发现源于铁、配体和微生物等各种海洋成分的相互作用，如果海洋环流减弱，这些成分共同可能导致二氧化碳意外上升。
海洋环流与气候变化随着气候变化的加剧，海洋的翻转环流预计将大幅减弱。科学家估计，随着这种减缓，海洋从大气中吸收的二氧化碳将减少。然而，较慢的环流也应该会从深海中吸收更少的碳，否则这些碳会被释放回大气中。总的来说，海洋应该会继续发挥其减少大气碳排放的作用，尽管速度会有所放缓。
重新思考海洋碳储存然而，麻省理工学院研究人员的一项新研究发现，科学家可能不得不重新思考海洋环流与其长期储存碳的能力之间的关系。随着海洋变得越来越弱，它反而可能会将更多的碳从深海释放到大气中。
原因与海洋中可用的铁、上升的碳和营养物、表面微生物以及一类鲜为人知的分子（通常称为“配体”）之间以前未表征的反馈有关。当海洋循环速度变慢时，所有这些因素都会相互作用形成一个自我延续的循环，最终增加海洋排放回大气的碳量。
对气候行动的影响“通过分离这种反馈的影响，我们发现海洋环流与大气碳水平之间存在根本不同的关系，这对气候有影响，”研究作者、麻省理工学院地球、大气和行星科学系研究科学家乔纳森·劳德代尔 (Jonathan Lauderdale) 表示：“我们对海洋中正在发生的事情的看法完全被颠覆了。”
劳德代尔表示，研究结果表明“我们不能指望海洋将碳储存在深海以应对未来的循环变化。我们现在必须积极主动地减少排放，而不是依靠这些自然过程来为我们争取时间来缓解气候变化。”
他的研究最近发表在《自然通讯》杂志上。
重新评估浮游植物的作用2020 年，劳德代尔领导了一项研究，探索海洋营养物、海洋生物和铁，以及它们之间的相互作用如何影响世界各地浮游植物的生长。浮游植物是微小的植物类生物，它们生活在海洋表面，以从深海涌出的碳和营养物质以及从沙漠尘埃中飘来的铁为食。
浮游植物生长得越多，它们通过光合作用从大气中吸收的二氧化碳就越多，这对海洋固碳能力起着重要作用。
在 2020 年的研究中，该团队开发了一个简单的“盒子”模型，将海洋不同部分的状况表示为一般的盒子，每个盒子的营养物、铁和配体（被认为是浮游植物副产品的有机分子）的平衡不同。该团队模拟了盒子之间的一般流动，以代表海洋的更大循环——海水下沉的方式，然后在世界不同地区浮回水面。
海洋播种的挑战该模型表明，即使科学家向海洋中“播撒”额外的铁，这些铁也不会对全球浮游植物的增长产生太大影响。原因在于配体的限制。事实证明，如果置之不理，铁在海洋中是不溶的，因此浮游植物无法利用。只有与配体结合时，铁才会溶解到“有用的”水平，而配体会使铁保持浮游生物可以消耗的形式。劳德代尔发现，向一个海洋区域添加铁来消耗额外的营养物质，会夺走其他区域浮游植物生长所需的营养物质。这会降低配体的产量和回流到原始海洋区域的铁的供应，限制从大气中吸收的额外碳的数量。
颠覆海洋建模中的假设研究团队发表研究成果后，劳德代尔将盒子模型改造成一种可以公开的形式，包括海洋和大气的碳交换，并扩展盒子以代表更多样化的环境，例如类似于太平洋、北大西洋和南大洋的条件。在此过程中，他测试了模型中的其他相互作用，包括不同海洋环流的影响。
他用不同的环流强度运行模型，希望看到海洋翻转越弱，大气中的二氧化碳就越少——这种关系早在 20 世纪 80 年代就得到了研究的支持。但他发现的却是一个明显的相反趋势：海洋环流越弱，大气中积累的二氧化碳就越多。
可变配体浓度的新见解“我以为是出了什么问题，”劳德代尔回忆道：“为什么大气中的碳含量会朝着错误的方向发展呢？”
当他检查模型时，他发现描述海洋配体的参数作为变量被保留为“打开”。换句话说，该模型计算的配体浓度是从一个海洋区域到另一个海洋区域的变化。
劳德代尔凭直觉将这个参数“关闭”，将配体浓度设置为每个模拟海洋环境中的恒定值，这是许多海洋模型通常做出的假设。这一改变扭转了趋势，回到了假设的关系：环流减弱导致大气中二氧化碳减少。但哪种趋势更接近事实？
劳德代尔研究了有关海洋配体的稀缺可用数据，以了解它们在实际海洋中的浓度是更恒定还是更易变。他在 GEOTRACES 中得到了证实，这是一项协调全球海洋微量元素和同位素测量的国际研究，科学家可以利用它来比较不同地区的浓度。事实上，分子的浓度各不相同。如果配体浓度确实因地区而异，那么他令人惊讶的新结果很可能代表了真实的海洋：环流较弱会导致大气中二氧化碳增多。
“就是这个奇怪的把戏改变了一切，”劳德代尔说：“配体转换揭示了海洋环流和大气二氧化碳之间完全不同的关系，我们原以为我们已经非常了解这种关系了。”
探索环流对气候的影响为了找出这种逆转趋势的原因，劳德代尔分析了不同环流强度下的海洋模型中的生物活性以及碳、营养物、铁和配体浓度，比较了配体在不同情况下变化或恒定的情景。
这揭示了一种新的反馈：海洋环流越弱，海洋从深海吸收的碳和营养物质就越少。因此，任何浮游植物在表面生长所需的资源都会减少，产生的副产品（包括配体）也会减少。可用的配体越少，表面可用的铁就越少，从而进一步减少浮游植物的数量。因此，可用于吸收大气中的二氧化碳和消耗深海上升碳的浮游植物就会越少。
“我的工作表明，我们需要更仔细地研究海洋生物如何影响气候，”劳德代尔指出：“一些气候模型预测，由于冰盖融化，尤其是南极洲周围的冰盖融化，海洋环流将减缓 30%。这种翻转环流的大幅减缓实际上可能是一个大问题：除了许多其他气候问题之外，海洋不仅会从大气中吸收更少的人为二氧化碳，而且深海碳的净排放可能会加剧这一问题，导致大气中二氧化碳意外增加，气候进一步变暖。”
参考文献：“海洋铁循环反馈将大气中的二氧化碳与经向翻转环流变化分离”，作者：Jonathan Maitland Lauderdale，2024 年 7 月 8 日，《自然通讯》。DOI：10.1038/s41467-024-49274-1
来源：麻省理工学院
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