日本國(guó)立研究開(kāi)發(fā)法人海洋研究開(kāi)發(fā)機(jī)構(gòu)（JAMSTEC）地球環(huán)境部門(mén)海洋觀(guān)測(cè)研究中心的山口凌平研究員和纐纈慎也主任研究員等組成的研究團(tuán)隊(duì)，與日本氣象廳氣象研究所共同發(fā)布研究成果稱(chēng)，利用在世界各地海洋觀(guān)測(cè)和記錄得到的溶解氧數(shù)據(jù)，確定了海洋生物每年吸收二氧化碳的空間分布和總量。據(jù)估算，每年通過(guò)海洋生物活動(dòng)吸收的二氧化碳（生物泵）約為74億噸，這顯示既往的估算值可能過(guò)高。這一成果有望提高未來(lái)對(duì)氣候預(yù)測(cè)的準(zhǔn)確性。相關(guān)研究成果已發(fā)表在國(guó)際學(xué)術(shù)期刊《Communications Earth & Environment》的2024年12月16日刊上。

圖1全球碳循環(huán)（左）和其中的生物泵（右）概念圖。左圖中，每個(gè)系統(tǒng)（大氣、海洋等）中的數(shù)字代表儲(chǔ)存量（單位：10億噸碳），箭頭數(shù)字代表通量（單位：每年10億噸碳）。黑色或白色數(shù)值代表工業(yè)化前的狀況，紅色數(shù)值代表人類(lèi)活動(dòng)造成的變化。（供圖：JAMSTEC）

海洋是一個(gè)巨大的碳庫(kù)，吸收二氧化碳并將其與大氣隔離，從而限制過(guò)度變暖，創(chuàng)造適宜人類(lèi)生存的氣候。這種吸收和隔離的機(jī)制之一便是通過(guò)生物活動(dòng)形成的生物泵。

另一方面，構(gòu)成生物泵的浮游植物通過(guò)光合作用固定CO?，以及固定碳向下層的碳傳輸途徑復(fù)雜多樣，難以直接測(cè)量，為此研究團(tuán)隊(duì)采用了將通過(guò)在數(shù)量非常有限的觀(guān)測(cè)點(diǎn)使用沉積物捕集器進(jìn)行集中直接觀(guān)測(cè)所獲得的數(shù)值擴(kuò)展到全球的方法。盡管有許多報(bào)告，但對(duì)碳運(yùn)輸總量的估算值每年都在40億～130億噸碳之間變化，存在很大的不確定性。

在本次研究中，研究團(tuán)隊(duì)重點(diǎn)研究了浮游植物在陽(yáng)光照射到的海洋表層通過(guò)光合作用固定CO?與以幾乎恒定的比例產(chǎn)生氧氣之間的關(guān)系。CO?固定量是根據(jù)生物體產(chǎn)生的氧氣量反向計(jì)算得出的。自1980年代左右以來(lái)，世界各地的研究機(jī)構(gòu)一直在船上觀(guān)測(cè)和記錄海水中的溶解氧濃度，JAMSTEC也為這些觀(guān)測(cè)工作做出了貢獻(xiàn)。近年來(lái)，JAMSTEC還部署了配備溶解氧傳感器的自動(dòng)觀(guān)測(cè)浮標(biāo)，幾乎在全球約90%的海域都進(jìn)行了記錄和累積。

利用這些數(shù)據(jù)，可以將特定位置的海洋表層作為一個(gè)單一的箱體，并準(zhǔn)確地計(jì)算出溶解氧變化所涉及的物理過(guò)程（大氣海洋交換、水平和垂直平流、水平和垂直擴(kuò)散）。研究團(tuán)隊(duì)從浮游植物通過(guò)光合作用產(chǎn)生的氧氣量中減去呼吸作用消耗的氧氣量，成功計(jì)算出了全球海洋整個(gè)生物活動(dòng)的年產(chǎn)氧量。

研究團(tuán)隊(duì)將其轉(zhuǎn)換為年有機(jī)碳生產(chǎn)量后，估算出海洋通過(guò)生物泵共吸收了74±21億噸碳。

山口研究員表示，“未來(lái)希望能夠更詳細(xì)地研究生物泵的變化及其對(duì)氣候的影響及其過(guò)程。我們所揭示的只是生物泵的當(dāng)前狀態(tài)，至于它是否受氣候變化影響的數(shù)值，還是地球系統(tǒng)的一個(gè)恒定值，尚不得而知。為了在未來(lái)繼續(xù)關(guān)注，我們認(rèn)為必須保持和發(fā)展現(xiàn)有的觀(guān)測(cè)系統(tǒng)”。

【論文信息】
期刊：Communications Earth & Environment
論文：Global upper ocean dissolved oxygen budget for constraining the biological carbon pump
DOI：10.1038/s43247-024-01886-7