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的一些方法。關鍵詞海洋-大氣，二氧化碳（CO2），P（CO2），海洋封存，通量1引言我們知道，太陽向地球發(fā)出輻射波，其中能量較高、波長較短的太陽輻射熱可以穿透大氣，抵達地面；并以較長的波長從地面再反射到空間，這種波長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。這種現象通常被稱

2、為“溫室效應”，這本來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，人類每年向大氣排放的碳約達6.6Gt，同時砍伐森林、野蠻開采、海洋污染、過度捕撈以及養(yǎng)殖業(yè)規(guī)模不斷擴大，也引起溫室氣體二氧化碳和甲烷逐年增加，導致溫室效應加強[2]。近年來人們注意到，我們生活環(huán)境周圍的空氣逐漸地變得不適于人類未來的生存，二氧化碳問題才開始被人們廣泛關注，并在近十多年上升為一個政治問題，成為政府、民眾關注，以及國際上科學研究的焦點。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、有機碳化合物以及碳酸鹽類物質，作為全球碳循環(huán)的一個重要貯庫，其作用是舉足輕重的。同時，海洋對大氣中CO2的吞吐、平衡也起著十分重要的作用。自1958年以來全球化石燃料燃燒等人類活動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中碳的含量只有海洋貯庫中碳含量的5％左右，因此人們普遍認為海洋對大氣中CO2的吸收作用更為明顯和重要。海洋對大氣CO2增加的調節(jié)作用主

4、要是海洋CO210/10的垂直轉移過程。在表面混合層中，由于生物的光合作用，CO2不斷被轉化成有機碳和生物碳酸鹽。在混合層以下由于生物泵的作用，碳從表層向深層的轉移?？偟腃O2和營養(yǎng)鹽有隨海水深度增加而增加的趨勢。在CO2的垂直轉移過程中．光合產品中的有機物大部分是在上層1km內發(fā)生分解，僅一小部分抵達海洋底層，深海沉積物中有機碳含量不到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超過5%[3]。而開闊大洋表層水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、生物活動和海水運動等因素的影響。所以海水溫度對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現象對赤道太平洋CO2的源區(qū)有重要的影響，ElNi?o爆發(fā)時，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過程主要有以下兩

7、個方面：一方面，亞熱帶暖水向極地運動過程中，水溫快速冷卻，導致P(CO2)明顯降低；另一方面，由溫暖深層水上涌產生的南極表層水，在風的作用下形成向北和向南運動的表層流。向南流動的表層水經降溫和析鹽過程，在南極附近形成高密冷水流向深層，這些冷水有極強吸收CO2的能力，使南極附近海域成為CO2的匯。向北運動的南極表層水則在南極輻合帶與向南流動的低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源強幾乎與赤道太平洋相當；而夏季，由于生物生產力活躍，光合作用對P(CO2)的降低效應超過升溫效應，導致表層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海洋對二氧化碳的吸收海洋對CO2的吸收能力不是簡單地由深層水