碳循环的研究意义

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1、海洋碳循环1、碳循环的研究意义IPCC（2000年）报告表明，自从工业革命前以来的近200年内(1750～1998年)，大约有406±60GtC，以CO2的形式排放进入大气,其中，以化石燃料燃烧和水泥生产导致的CO2排放约为270±30GtC,占总排放量的33%。在此期间，大约占总排放量43%的CO2滞留在大气中，其余则被海洋和陆地生态系统吸收。其结果是,大气中CO2浓度从1950年的280±5ppmv上升至1998年的365ppmv，即200年内上升了85ppmv，约30%，目前的CO2浓度增加量约1

2、.5ppmv/a，年增加率大约为0.4%。由此造成的辐射强度约为1.46W/m2。　温室气体的增加是全球变暖的主要原因。定量地研究大气中CO2、CH4及N2O等痕量气体的含量，有助于我们预测其未来的变化趋势及气候变化。“碳失汇”问题：“未知汇”是指矿物燃烧与毁林等释放的CO2超过同期地球大气CO2的增量及海洋吸收量的现象[1]。根据模型估计，20世纪80年代以来人类每年向大气排放的CO2约7GtC，其中约3.2GtC留存在大气中，2GtC由海洋吸收，剩余1.8GtC到目前仍不能确定其汇，但对这一数值的计

3、算仍存在较大争议，无论是利用样点测定并外推计算或模型估算都存在较大的误差。Tans等研究认为海洋对未知碳汇的贡献十分有限，但许多资料表明碳库正在由陆地生物圈向海洋迁移，如Freeman等[2]观测到在过去12年中英国的斜坡水中的DOC增加了65％，且这一速率与温度的升高呈正相关关系，加之随河流注入海洋的DOC的贡献以及海洋碳汇高达40％的估算误差，因此有观点认为有近l/3的“碳失汇”可能存在于海洋中或是与海洋有关。但准确揭示“碳失汇”还有待其存在机理研究的深入和定量化研究的开展。2、碳循环的相关研究到目

4、前为止，我们已经在全球范围内的碳循环的研究方面已经取得了不少进展，但对于较大尺度范围内的碳循环机制仍有不少问题等待解决。Keeling等通过研究完善了海洋p(CO2)的分布图，其研究认为，海洋碳的吸收和释放有明显的纬度特征，即赤道海域(10°N～10°S)为大气CO2的主要源区，仅赤道太平洋的C释放量就有1.0Gt/年，占海洋释放总量的60%；而北大西洋和南大洋则为大气的主要汇区，南大洋主要是指53°S以南到南极附近海域，吸引的CO2约为1.2GtC/年，占海洋吸收净通量35%；40°N以北的北大西洋和

5、挪威格陵兰海域也是CO2的强汇区；北太平洋则呈季节特征，冬季为强汇，夏季为弱源，就整体而言，仍为大气CO2的净汇区[3]。Keeling的计算还认为，15°S～50°S的吸收值为1.1GtC/年，而50°S以南海域则为吸收与释放平衡，主要汇区在15°N以北地区达2.3GtC/年。Thomas等通过对一些典型陆架区的研究推算得到全球海岸陆架区为净汇0.4GtC/年[4]。Sharp等的估算表明，赤道太平洋域的DOC值，近表面水约为60～70μmol/LC，深水值为35～40μmol/LC；赤道大西洋DOC

6、浓度，在400m以下基本稳定为(46±7)μmol/LC，暖季赤道上升流的外部浓度高，表层高达97μmol/LC，冷季上升流水中的值则略低，平均约为66μmol/LC[5-6]。Ogrinc等在使用稳定的碳同位素测定近岸海洋沉积物中有机碳再矿化的研究中显示，DIC海底通量主要源于沉积有机物的降解，夏季当硫化物为强硫酸时，碳酸盐溶解对DIC海底通量的贡献也是很重要的，约占总量的1/4，依据DIC通量和OC埋藏通量所估计的再循环效率大于90%[7]。国内，浦一芬等通过研究大气和海洋之间的碳交换、光合作用和有

7、机物氧化分解、碳酸钙的产生和溶解、悬浮颗粒物的下沉等过程建立了二维碳循环模式。浦一芬等将此碳循环模式应用到印度洋，模拟结果显示，南印度洋中维度地区10～30°S是C14的重要向下渗透区，并指出CO2可通过这片渗透区从海洋的表层进入海洋的深层[8-9]。刑如楠通过研究生物泵过程和江河流入而增加的碳建立了三维全球海洋碳循环模式[10]。气候变化能影响海洋碳循环，同时海洋碳循环对气候具有反馈作用。很多研究者，将碳储库与海洋碳循环结合研究，分析两者之间的联系。Keeling等分析了夏威夷观测站的大气二氧化碳观测

8、资料,指出大气中二氧化碳浓度存在明显的自然波动，热带海洋上海-气碳通量的年际变化对其有重要影响。赤道附近表层海水中p(CO2)较高，主要由两方面原因造成[11]，即富含CO2和营养盐的深层海水的上涌、以及从深层冷水到表层暖水的升温。近年来，科学家发现厄尔尼诺现象对赤道太平洋CO2的源区有重要的影响。在厄尔尼诺爆发初期，赤道太平洋中部p(CO2)比正常年份偏低，接近于大气p(CO2)值，往后又逐渐恢复正常。对于短期气候的异常变化，如厄尔尼诺和