海洋碳循环是指碳在海洋内部以及与大气、地球内部和海底之间的交换过程。这一复杂且多层面的过程涉及到一系列的自然交互作用,使碳能够在全球范围内流动,确保其可以被各种生命形式使用。随着全球气候变化的加剧,海洋碳循环不仅影响着海洋生态系统,也对气候变迁产生了深远的影响。
海洋碳循环是全球碳循环的核心过程,包含了无机碳和有机碳两种形式,并透过生命与非生命物质之间的转换进行碳的流动。
海洋碳循环的三大主要过程,或称为“泵”,通过这些过程,大气中的二氧化碳被吸收进入海洋,然后在海洋中进行交换和分配。这三个泵分别是:溶解泵、碳酸盐泵和生物泵。根据估算,地球表面短期内活跃的碳池大约有四万亿公吨碳,而其中95%(约38,000 Gt C)储存在海洋之中,主要以溶解的无机碳形式存在。
海洋的植物和藻类(初级生产者)贡献了最大的年度碳流动。而即使与陆生植被相比,海洋生物所储存的碳(约3 Gt C)相对较少,但这些生物的碳交换量几乎是相同的—各约50 GtC。
海洋碳循环的运作方式相当精妙,它不仅调控着水体的酸碱性,还影响着二氧化碳的浓度及其在大气中的存在。随着人类活动的增加,海洋对碳的吸收呈现出明显的变化。根据NASA、世界气象组织、IPCC及其他机构的报告,工业革命之前,海洋是二氧化碳的主要来源,而现在,却成为了一个主要的碳汇。
近几十年来,海洋作为人为二氧化碳的碳汇,吸收了人类通过化石燃料燃烧和土地使用变化产生的约四分之一二氧化碳。
然而,海洋对二氧化碳的吸收虽然在一定程度上减缓了大气中二氧化碳的增长却也导致了海洋酸化。气候变化的影响日益明显,海洋和大气的温度随之上升。从2000年到2010年间全球变暖的放缓可能与上层海洋热量的增加有关。
海洋碳循环的运行不仅与碳有关,也与氮和磷的循环密切相连,其中C:N:P的近似比例为106:16:1,这使得生物群落的碳以及氮磷的摄取变得相当规律。
在这个循环中,海洋中的碳可分为有机碳和无机碳。无机碳主要以二氧化碳及其衍生物的形式存在,而有机碳则源自海洋生物的生产过程。海洋的生物泵通过生物生产将无机碳转化为有机碳,然后此有机碳可再被消费或沉降到海底。这一过程的复杂性和生命形式的多样性无不在指引着碳的循环流动。
不过,当今的人类活动未免过于干扰这一自然平衡,无论是过度捕捞,还是塑料污染,都对海洋碳循环构成了挑战。整体而言,人为影响的加剧解析潜在的海洋碳吸收能力减弱,未来的海洋可能无法像以往那样有效地吸收二氧化碳。
随着海洋的碳循环出现变化,许多生态系统的健康也受到威胁,此刻人类是否意识到自身行为对这一系统的深远影响呢?