海氣氧化碳綜述

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1、海洋-大氣二氧化碳交換綜述賀赟摘要本文討論了海洋中的二氧化碳的分布、源匯，對(duì)二氧化碳的吸收和海洋封存，大氣-海洋間的二氧化碳的交換與變化，介紹了海-氣二氧化碳通量觀測(cè)的一些方法。關(guān)鍵詞海洋-大氣，二氧化碳（CO2），P（CO2），海洋封存，通量1引言我們知道，太陽(yáng)向地球發(fā)出輻射波，其中能量較高、波長(zhǎng)較短的太陽(yáng)輻射熱可以穿透大氣，抵達(dá)地面；并以較長(zhǎng)的波長(zhǎng)從地面再反射到空間，這種波長(zhǎng)的輻射熱能被大氣中的CO2和水蒸汽所吸收，因而大氣能夠捕捉從地面返回到大氣中的輻射熱，以致造成大氣圈溫度升高。這種現(xiàn)象通常被稱(chēng)

2、為“溫室效應(yīng)”，這本來(lái)是地球維持表面溫度以適合生物居住的基本條件[1]。但由于全世界人口不斷增加和工業(yè)迅速發(fā)展，大量燃燒煤、石油、天然氣等，人類(lèi)每年向大氣排放的碳約達(dá)6.6Gt，同時(shí)砍伐森林、野蠻開(kāi)采、海洋污染、過(guò)度捕撈以及養(yǎng)殖業(yè)規(guī)模不斷擴(kuò)大，也引起溫室氣體二氧化碳和甲烷逐年增加，導(dǎo)致溫室效應(yīng)加強(qiáng)[2]。近年來(lái)人們注意到，我們生活環(huán)境周?chē)目諝庵饾u地變得不適于人類(lèi)未來(lái)的生存，二氧化碳問(wèn)題才開(kāi)始被人們廣泛關(guān)注，并在近十多年上升為一個(gè)政治問(wèn)題，成為政府、民眾關(guān)注，以及國(guó)際上科學(xué)研究的焦點(diǎn)。2海洋中的二氧化碳

3、海洋占全球表面積的71％，海水中存在著大量的CO2、HC03-、C03-2、有機(jī)碳化合物以及碳酸鹽類(lèi)物質(zhì)，作為全球碳循環(huán)的一個(gè)重要貯庫(kù)，其作用是舉足輕重的。同時(shí)，海洋對(duì)大氣中CO2的吞吐、平衡也起著十分重要的作用。自1958年以來(lái)全球化石燃料燃燒等人類(lèi)活動(dòng)向大氣中排放的大量CO2只有50％左右仍存留在大氣中，而另外的50％左右則遷移到了海洋及陸地生物圈。由于陸地生物圈貯庫(kù)中碳的含量只有海洋貯庫(kù)中碳含量的5％左右，因此人們普遍認(rèn)為海洋對(duì)大氣中CO2的吸收作用更為明顯和重要。海洋對(duì)大氣CO2增加的調(diào)節(jié)作用主

4、要是海洋CO210/10的垂直轉(zhuǎn)移過(guò)程。在表面混合層中，由于生物的光合作用，CO2不斷被轉(zhuǎn)化成有機(jī)碳和生物碳酸鹽。在混合層以下由于生物泵的作用，碳從表層向深層的轉(zhuǎn)移?？偟腃O2和營(yíng)養(yǎng)鹽有隨海水深度增加而增加的趨勢(shì)。在CO2的垂直轉(zhuǎn)移過(guò)程中．光合產(chǎn)品中的有機(jī)物大部分是在上層1km內(nèi)發(fā)生分解，僅一小部分抵達(dá)海洋底層，深海沉積物中有機(jī)碳含量不到1%。圖1碳循環(huán)2.1海洋中二氧化碳的源與匯海洋與大氣CO2通常并不處于平衡狀態(tài)，穿越海-氣界面的CO2通量大小和方向是由海-氣之間的CO2分壓差決定的。當(dāng)海水CO2分

5、壓大于大氣CO2分壓，海洋成為大氣CO2的源，反之．海洋為大氣CO2的匯。全球大氣P(CO2)的水平梯度很小，除了受工業(yè)排放影響的局部區(qū)域外，其分布變化一般不會(huì)超過(guò)5%[3]。而開(kāi)闊大洋表層水P(CO2)的變化范圍和梯度很顯著，海洋CO2的源和匯主要是由表層水P(CO2)的分布變化引起的，間接地受到海水溫度、生物活動(dòng)和海水運(yùn)動(dòng)等因素的影響。所以海水溫度對(duì)P(CO2)有重要的影響。赤道海域是全球海洋最大的CO2源區(qū)，僅赤道太平洋每年向大氣輸送1.0Gt10/10C/a的CO2，占海洋釋放的CO2總量的60

6、%[4]。赤道表層水較高的P(CO2)主要由兩方面原因造成的，即富含CO2和營(yíng)養(yǎng)鹽的深層水的上涌以及從深層冷水到表層暖水的升溫[5]。另外ElNi?o現(xiàn)象對(duì)赤道太平洋CO2的源區(qū)有重要的影響，ElNi?o爆發(fā)時(shí)，赤道西太平洋低P(CO2)的熱水向東回流，使赤道太平洋中部高P(CO2)表層水被覆蓋，導(dǎo)致海水P(CO2)降低[6]。占地球海洋面積20%的南大洋是CO2最重要的匯區(qū)，吸收的CO2約為1.2GtC/a，占海洋吸收CO2凈通量的35%[7,8]。南大洋及其與大氣之間碳的生物地球化學(xué)過(guò)程主要有以下兩

7、個(gè)方面：一方面，亞熱帶暖水向極地運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，水溫快速冷卻，導(dǎo)致P(CO2)明顯降低；另一方面，由溫暖深層水上涌產(chǎn)生的南極表層水，在風(fēng)的作用下形成向北和向南運(yùn)動(dòng)的表層流。向南流動(dòng)的表層水經(jīng)降溫和析鹽過(guò)程，在南極附近形成高密冷水流向深層，這些冷水有極強(qiáng)吸收CO2的能力，使南極附近海域成為CO2的匯。向北運(yùn)動(dòng)的南極表層水則在南極輻合帶與向南流動(dòng)的低P(CO2)的亞熱帶暖水匯合，形成低鹽低P(CO2)的南極中層水，因此，南極輻合帶附近海域同樣也是CO2潛在的匯區(qū)。40oN以北的北大西洋和挪威-格陵蘭海域也CO2

8、的強(qiáng)匯區(qū)[9]。與其它高緯度海域不同，北太平洋的CO2源和匯呈明顯的季節(jié)變化特征，即冬季為強(qiáng)的CO2源，夏季則為弱的CO2匯。北太平洋深層水年齡最老，CO2含量最高。冬季，由于深層水的上涌，北太平洋的CO2源強(qiáng)幾乎與赤道太平洋相當(dāng)；而夏季，由于生物生產(chǎn)力活躍，光合作用對(duì)P(CO2)的降低效應(yīng)超過(guò)升溫效應(yīng)，導(dǎo)致表層P(CO2)降低，但從整體上看，北太平洋仍是大氣CO2的凈匯區(qū)。2.2海洋對(duì)二氧化碳的吸收海洋對(duì)CO2的吸收能力不是簡(jiǎn)單地由深層水