海洋中更多的二氧化碳可能會危害碳吸收微生物，加劇氣候變遷
More carbon dioxide in oceans could harm carbon-eating microbes, speed climate change
10 MAR 2025 3:15 PM ETBYROBERT F. SERVICE
f t人類活動排放的二氧化碳（CO2）不僅正在改變地球的大氣層，也在迅速酸化地球的海洋。一项新的研究指出，在50年內，這種酸化可能會使海洋吸收CO2的能力降低10%，因為這會對浮游植物造成影響，這些微小的單細胞生物通過光合作用過程以這種氣體為食。本周在《國家科學院院刊》上發表的研究結果表明，此效應可能會導致大氣中的CO2更快累積並加劇全球氣候變暖。
「海洋碳吸收能力的這種規模的下降確實令人擔憂，」未參與新研究的大貝爾格海洋科學實驗室的海洋學家邁克爾·羅馬斯說。同樣未參與此項研究的蒙大拿大學海洋學家馬特·奇殊也表示：「你會有一個較低的二氧化碳吸收源頭，這對氣候有許多影響，特別是更快的變暖。」
微小的浮游植物在自然碳循環中扮演著重要角色。它們在海洋表面附近生長，在那裡驅動光合作用的陽光照得到它們，並以溶解於水中的CO2為食。總而言之，浮游植物吸收了與所有陸地植物一樣多的碳。當它們死亡時，會將大量的碳帶到海底。這個過程使海洋表面的水能夠從空氣中吸收更多的CO2，減緩其在大氣中的累積。事實上，人們可能會預期隨著大氣中二氧化碳水平上升，浮游植物的人口也會增加，有助於控制這種氣體的濃度。
然而，過多的CO2威脅著這個自然系統。溶解於海洋水中的CO2會經歷一系列化學反應，最終釋放出氫離子，提高水的酸性，可能對浮游植物造成傷害。隨著人類活動將1850年代的大氣中二氧化碳濃度從每百萬份之280增加到今天的每百萬份之420，海洋酸化程度已經增加了大約30%。
許多實驗室和現場研究都試圖確定對浮游植物的可能影響——結果不一。普林斯頓大學的海洋學家弗朗索瓦·莫雷爾指出，一些現場研究發現了浮游植物人口數量的增加，但大多數這些研究是在近岸地區和較高緯度進行的。這很重要，因為這些區域傾向於富含由深海洋流帶到表面的養分。少數小型研究表明，這些結果可能不適用於廣闊的熱帶和副熱帶海洋，那裡較暖的表層水與更深的水域混合較少。
研究人員由普林斯頓大學海洋學家莫雷爾與廈門大學的海洋科學家施達琳領軍，在南中國海和北太平洋跨越數千公里的45個地點測量浮游植物的生長情況。羅馬斯稱這項為期6年的船載調查“規模最大”。在每個地點，他們將水樣帶上甲板並注入達到大氣中二氧化碳濃度上升至700 ppm時預計的海洋中的二氧化碳水平，這可能會在現有的碳排放率下，在2075年至2100年之間實現。隨後追蹤各種浮游植物的生長速度和碳吸收情況，這些植物可大致分為較小的細菌和較大的真核生物。
他們發現酸化的影響依賴於硝酸鹽這種關鍵營養物質和氮的生物可用形式的存在程度。莫雷爾說，較小的細菌浮游植物大多不受酸度變化影響，因為它們適應了低氮環境且非常高效地利用其獲得的少量氮。但對於較大的真核浮游植物而言情況並非如此。在赤道附近地區，在夏季生長速度最高時，酸性水平升高導致這些物種的生長速率下降達30%。冬季和高緯度地區的下降幅度更小，可能因為增加的混合帶來更多的氮到表面。
從他們的研究結果推測，研究人員預測在半個世紀內，不斷上升的海洋酸化可能會使熱帶和副熱帶海域真核浮游植物吸收碳的能力減少每年驚人的5兆公斤。
額外的研究表明，在較酸性水體中生長緩慢的樣本如果添加硝酸鹽，其浮游植物生長速率會恢復。莫雷爾說，為什麼上升的酸度會使氮缺乏對真核浮游植物更加不利的原因尚不清楚。但衛星研究表明，這種營養物質缺乏的水域已在全球赤道海洋中擴散。一個最近的研究顯示，自1998年至2006年，低葉綠素含量地區（這是貧營養環境的一個指標）擴大了6.6百萬平方公里，或15%。奇殊指出這可能是因為海表溫度的不斷上升，阻止表面的較暖和浮力較強的水與富含營養物質的冷而深的水混合。如果酸化加劇這些條件，“將對浮游植物造成雙重打擊”，奇殊說。
然而，奇殊和其他專家警告稱，現階段還不能得出預期中浮游植物數量減少必然會降低全球海洋吸收二氧化碳能力的結論。仍有可能的是，這種下降可以被高緯度地區更高生長速率和其他涉及碳循環的全球過程所抵消。不過，奇殊說，“這當然無助於問題解決”。