我们如何发现海洋表面吸收的二氧化碳比以前认为的要多得多

Josiah02

海洋在吸收大气中的二氧化碳 (CO₂) 方面发挥着关键作用，迄今为止，它已成为遏制气候变化全面影响的“刹车器”。目前，大气中消失在海洋中的二氧化碳（通常称为海洋二氧化碳吸收）的估计表明，人类排放的所有二氧化碳中约有 25% 已被海洋吸收。
在我们最近发表在《自然地球科学》杂志上的论文中，我们表明，海洋表面有一层薄薄的“海洋皮肤”，比人类的头发还要薄，它使海洋对二氧化碳的吸收量增加了约 7%。这听起来似乎是一个很小的差异，但这一额外的吸收量相当于整个亚马逊雨林每年吸收的二氧化碳量。
海洋长期吸收碳会对海洋健康产生负面影响。它正在慢慢导致海洋酸化——随着海水吸收更多的二氧化碳，它正在改变海洋化学性质并降低其 pH 值，而这种情况很难逆转。
自 20 世纪 90 年代以来，科学家一直认为，较冷的表层将增强海洋对二氧化碳的吸收。因此，忽略这一影响的二氧化碳吸收量估算是不准确的。
从那时起，海面温度研究人员就发现，海洋表层比下面的海水略冷。平均而言，海洋表层比下面的海水低约 0.17°C。这样的温度变化会增加这一小片水域中的二氧化碳浓度。这很重要，因为正是这些水域与大气直接接触。
由于海洋与大气之间的二氧化碳交换受海洋表面与下方水层之间的浓度差异控制，因此较冷的表层会增加海洋对二氧化碳的吸收。
2007 年，欧洲研究人员证实了这些浓度驱动的过程。他们使用类似于高倍显微镜的带摄像头的设备在实验室中可视化了这些微小层内的氧气浓度。近年来，人们使用理论、建模和卫星观测来评估表层对全球海洋碳的影响，但到目前为止，还没有人在海洋中真正测量过这种影响。
为了开展研究，欧洲航天局帮助我们在两艘参加每年都会接待英国和国际科学家的大西洋子午线横断面科学巡航的研究船上进行了专业测量。
2018 年，我们从皇家科考船詹姆斯·克拉克·罗斯号上的工具包中收集了数据，这艘船从英格兰东南部的哈里奇航行至福克兰群岛的斯坦利港，行程约 9,000 英里（14,500 公里）。
2019 年，该设备安装在皇家研究船“发现号”上，该船从英国南安普敦驶往智利蓬塔斯阿雷纳斯。这艘船在北大西洋和福克兰群岛附近航行时经历了波涛汹涌的海域，但在赤道附近经历了一片没有真正波浪的镜面海洋，因此我们的测量结果反映了各种不同的海况。
上升、上升、飞走？
每次航行都会进行两组测量。其中一组测量中，我们使用微气象系统测量风速和气温，并结合大气气体测量。这统称为“涡流协方差系统”，它追踪空气中向上移动（远离表面）的二氧化碳气体量，而不是向下移动的二氧化碳气体量。这告诉我们海洋吸收或排放了多少二氧化碳。
第二组测量从船上的进水管采集水样。由此，我们测量了水中的气体及其温度。然后，我们将其与高规格热像仪相结合，测量海洋表面的温度。
如果海表层没有影响，那么两组测量结果应该相同。它们之间的任何差异都揭示了海表层如何影响海洋的二氧化碳吸收。
准确估算海洋吸收的二氧化碳对于计算全球碳预算至关重要。这些预算量化了碳在全球系统中的移动方式，并用于指导国际减排政策。
海洋和大气是可以准确观测到的两个主要碳储存库。准确估计这些碳储存库，可以限制全球碳预算的所有其他部分，并使我们能够评估所谓的“剩余预算”。这确定了在达到特定气候目标之前可以排放多少碳。重要的是，如果不先估计海洋吸收的碳，我们就无法估计地球上所有陆地吸收的碳。因此，海洋二氧化碳吸收量增加约 7% 将对整个全球碳预算和地球承载进一步排放的能力产生影响。
随着联合国气候峰会 Cop29 在阿塞拜疆的临近，这项研究有助于更准确地定义二氧化碳排放问题。气候专家需要重新评估全球碳预算以反映我们的新发现，而这种额外的海洋吸收将导致预算不平衡，这可能表明陆地碳汇比目前认为的要小，因此在帮助消除大气排放方面效果较差。
海洋吸收的碳排放量比我们之前认为的要多，这听起来是个好消息。但这一消息意味着气候变化以及过度捕捞和污染等其他人类活动正在给海洋健康带来越来越大的压力。这也可能意味着陆地吸收二氧化碳的能力被高估了，应该更加关注保护海洋生态系统。
随着减少排放和实现减排目标的需求不断增加，了解海洋表皮的工作原理将有助于科学家了解海洋将如何应对我们的排放。但不幸的是，它不会让任何人逃脱责任。