日本国立研究开发法人海洋研究开发机构（JAMSTEC）地球环境部门海洋观测研究中心的山口凌平研究员和纐缬慎也主任研究员等组成的研究团队，与日本气象厅气象研究所共同发布研究成果称，利用在世界各地海洋观测和记录得到的溶解氧数据，确定了海洋生物每年吸收二氧化碳的空间分布和总量。据估算，每年通过海洋生物活动吸收的二氧化碳（生物泵）约为74亿吨，这显示既往的估算值可能过高。这一成果有望提高未来对气候预测的准确性。相关研究成果已发表在国际学术期刊《Communications Earth & Environment》的2024年12月16日刊上。
图1全球碳循环（左）和其中的生物泵（右）概念图。左图中，每个系统（大气、海洋等）中的数字代表储存量（单位：10亿吨碳），箭头数字代表通量（单位：每年10亿吨碳）。黑色或白色数值代表工业化前的状况，红色数值代表人类活动造成的变化。（供图：JAMSTEC）
海洋是一个巨大的碳库，吸收二氧化碳并将其与大气隔离，从而限制过度变暖，创造适宜人类生存的气候。这种吸收和隔离的机制之一便是通过生物活动形成的生物泵。
另一方面，构成生物泵的浮游植物通过光合作用固定CO₂，以及固定碳向下层的碳传输途径复杂多样，难以直接测量，为此研究团队采用了将通过在数量非常有限的观测点使用沉积物捕集器进行集中直接观测所获得的数值扩展到全球的方法。尽管有许多报告，但对碳运输总量的估算值每年都在40亿～130亿吨碳之间变化，存在很大的不确定性。
在本次研究中，研究团队重点研究了浮游植物在阳光照射到的海洋表层通过光合作用固定CO₂与以几乎恒定的比例产生氧气之间的关系。CO₂固定量是根据生物体产生的氧气量反向计算得出的。自1980年代左右以来，世界各地的研究机构一直在船上观测和记录海水中的溶解氧浓度，JAMSTEC也为这些观测工作做出了贡献。近年来，JAMSTEC还部署了配备溶解氧传感器的自动观测浮标，几乎在全球约90%的海域都进行了记录和累积。
利用这些数据，可以将特定位置的海洋表层作为一个单一的箱体，并准确地计算出溶解氧变化所涉及的物理过程（大气海洋交换、水平和垂直平流、水平和垂直扩散）。研究团队从浮游植物通过光合作用产生的氧气量中减去呼吸作用消耗的氧气量，成功计算出了全球海洋整个生物活动的年产氧量。
研究团队将其转换为年有机碳生产量后，估算出海洋通过生物泵共吸收了74±21亿吨碳。
山口研究员表示，“未来希望能够更详细地研究生物泵的变化及其对气候的影响及其过程。我们所揭示的只是生物泵的当前状态，至于它是否受气候变化影响的数值，还是地球系统的一个恒定值，尚不得而知。为了在未来继续关注，我们认为必须保持和发展现有的观测系统”。
原文：《科学新闻》
翻译：JST客观日本编辑部
【论文信息】
期刊：Communications Earth & Environment
论文：Global upper ocean dissolved oxygen budget for constraining the biological carbon pump
DOI：10.1038/s43247-024-01886-7
