研究：海洋环流减弱可能会增加大气中二氧化碳的积累

　　随着气候变化的推进，海洋的翻转环流预计将大大减弱。科学家们估计，随着这种减缓，海洋从大气中吸收的二氧化碳将减少。然而，较慢的环流也会从深海中吸收较少的碳，否则这些碳会被释放回大气中。总的来说，海洋应该保持它在减少大气碳排放方面的作用，如果速度放慢的话。

　　然而，麻省理工学院一名研究人员的一项新研究发现，科学家们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，它可能会将更多的碳从深海释放到大气中。

　　其原因与海洋中可用的铁、上涌的碳和营养物质、表面微生物和一类鲜为人知的通常被称为“配体”的分子之间的反馈有关。当海洋循环变慢时，所有这些参与者在一个自我延续的循环中相互作用，最终增加了海洋排放回大气的碳量。

　　“通过隔离这种反馈的影响，我们看到了海洋环流和大气碳水平之间根本不同的关系，这对气候有影响，”研究作者乔纳森劳德代尔说，他是麻省理工学院地球、大气和行星科学系的研究科学家。“我们认为海洋中发生的事情完全被推翻了。”

　　劳德代尔说，这些发现表明，“我们不能指望海洋在深海中储存碳，以应对未来环流的变化。”我们现在必须积极主动地减排，而不是依靠这些自然过程来为我们争取时间来减缓气候变化。”

　　他的研究发表在《自然通讯》杂志上。

　　箱流

　　2020年，劳德代尔大学领导了一项研究，探索了海洋营养物质、海洋生物和铁，以及它们的相互作用如何影响世界各地浮游植物的生长。浮游植物是一种微小的、类似植物的生物，它们生活在海洋表面，以从深海上涌而来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，这在海洋固碳能力中起着重要作用。

　　在2020年的研究中，研究小组开发了一个简单的“盒子”模型，将海洋不同部分的条件表示为一般盒子，每个盒子都有不同的营养物质、铁和配体——被认为是浮游植物副产品的有机分子——的平衡。该团队模拟了盒子之间的一般流动，以代表海洋更大的环流——海水下沉的方式，然后在世界不同地区被浮起回到表面。

　　这个模型显示，即使科学家们在海洋中“播种”额外的铁，这些铁也不会对全球浮游植物的生长产生太大影响。原因在于配体的限制。事实证明，如果单独存在，铁在海洋中是不溶的，因此浮游植物无法获得铁。铁只有在与配体结合时才会以“有用”的水平溶解，配体使铁保持在浮游生物可以消耗的形式。劳德代尔发现，在一个海洋区域添加铁来消耗额外的营养物质会剥夺其他区域浮游植物生长所需的营养物质。这降低了配体的产生和原海洋区域铁的供应，限制了从大气中吸收的额外碳的数量。

　　意想不到的开关

　　一旦团队发表了他们的研究，劳德代尔将盒子模型变成了一种他可以公开访问的形式，包括海洋和大气的碳交换，并将盒子扩展到更多样化的环境，例如类似于太平洋、北大西洋和南大洋的条件。在这个过程中，他测试了模型中的其他相互作用，包括变化的海洋环流的影响。

　　他在不同的环流强度下运行了这个模型，期望看到大气中的二氧化碳更少，海洋倾覆更弱——这一关系可以追溯到20世纪80年代，之前的研究已经支持了这一关系。但他发现了一个明显相反的趋势:海洋环流越弱，大气中积累的二氧化碳就越多。

　　劳德代尔回忆道:“我以为是哪里搞错了。“为什么大气中的碳含量会朝着错误的方向发展?”

　　当他检查模型时，他发现描述海洋配体的参数作为一个变量被“打开”了。换句话说，该模型计算的是配体浓度在不同海洋区域之间的变化。

　　根据一种直觉，劳德代尔关闭了这个参数，它将每个模拟的海洋环境中的配体浓度设置为恒定，这是许多海洋模型通常做出的假设。这一变化逆转了这一趋势，回到了假设的关系:较弱的环流导致大气中二氧化碳的减少。但哪种趋势更接近事实呢?

　　劳德代尔研究了海洋配体的少量可用数据，看看它们在实际海洋中的浓度是恒定的还是可变的。他在GEOTRACES中找到了证据。GEOTRACES是一项协调全球海洋微量元素和同位素测量的国际研究，科学家可以用它来比较不同地区的浓度。事实上，这些分子的浓度是不同的。如果配体浓度确实从一个区域到另一个区域发生变化，那么他令人惊讶的新结果可能代表了真实的海洋:较弱的环流导致大气中的二氧化碳更多。

　　“就是这个奇怪的把戏改变了一切，”劳德代尔说。“配体开关揭示了海洋环流和大气二氧化碳之间完全不同的关系，我们认为我们已经很了解了。”

　　慢周期

　　为了解释这种被颠覆的趋势，劳德代尔分析了不同循环强度下海洋模型的生物活性和碳、营养物质、铁和配体浓度，比较了不同盒子中配体变化或恒定的情况。

　　这揭示了一个新的反馈:海洋的循环越弱，海洋从深海吸收的碳和营养物质就越少。因此，任何浮游植物的生长资源都会减少，产生的副产物(包括配体)也会减少。随着可用配体的减少，表面可用的铁就会减少，从而进一步减少浮游植物的数量。这样一来，能够从大气中吸收二氧化碳和消耗来自深海的上涌碳的浮游植物就会减少。

　　“我的工作表明，我们需要更仔细地研究海洋生物是如何影响气候的，”劳德代尔指出。一些气候模型预测，由于冰盖融化，海洋环流将减缓30%，尤其是在南极洲附近。这种翻转环流的巨大放缓实际上可能是一个大问题:除了一系列其他气候问题外，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放大这一点，导致大气中二氧化碳的意想不到的增加和意想不到的进一步气候变暖。”

　　撰稿:Jennifer Chu