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2024年7月8日，《自然·通讯》（Nature Communications）刊登了一项由麻省理工学院（Massachusetts Institute of Technology）研究人员完成的新研究，指出随着海洋环流变得越来越弱，可能会从深海向大气释放更多的碳，而不是像先前预测的那样减少。其原因与海洋中可用的铁、上升的碳和营养物、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。当海洋循环速度变慢时，所有这些因素都会相互作用形成一个自我延续的循环，最终增加海洋释放回大气的碳量。新发现颠覆了目前关于海洋在碳储存方面作用的认知。
随着气候变化的加剧，海洋的翻转环流预计将大幅减弱。科学家估计，随着这种减缓，海洋从大气中吸收的二氧化碳将减少。然而，较慢的环流也应该会从深海中吸收更少的碳，否则这些碳会被释放回大气中。总的来说，海洋应该会继续发挥其减少大气碳排放的作用，尽管速度会有所放缓。2020年，研究人员探索了海洋营养物质、海洋生物和铁，以及它们之间的相互作用如何影响世界各地浮游植物的生长。浮游植物是微小的植物类生物，它们生活在海洋表面，以从深海涌出的碳和营养物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，这对海洋固碳的能力起着重要作用。
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、铁和配体平衡，而有机分子被认为是浮游植物的副产品。该研究团队模拟了盒子之间的一般流动，以代表海洋更大的环流，即海水下沉的方式，然后在世界不同地区浮回水面。该模型表明，即使在海洋中增加额外的铁，这些铁也不会对全球浮游植物的生长产生太大影响，原因在于配体设定的限制。事实证明，如果单独存在，铁在海洋中是不溶的，因此浮游植物无法利用。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。研究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，从而限制了从大气中吸收的额外碳量。
这揭示了一种新的反馈：海洋环流越弱，海洋从深海吸收的碳和营养物质就越少。因此，任何浮游植物生长所需的资源都会减少，产生的副产品（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。因此，可用于吸收大气中的二氧化碳和消耗深海上升碳的浮游植物就会越少。一些气候模型预测，由于冰盖融化，尤其是南极洲周围的冰盖融化，海洋环流将减缓30%。这种翻转环流的大幅减缓实际上可能是一个大问题：除了许多其他气候问题之外，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加剧这一问题，导致大气中二氧化碳意外增加，气候进一步变暖。
原文题目：Ocean iron cycle feedbacks decouple atmospheric CO2 from meridional overturning circulation changes
来源：https://www.nature.com/articles/s41467-024-49274-1
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详细内容参见中国科学院兰州文献情报中心《资源环境动态监测快报》2024年第14期。转载本文请备注来源及作者。
