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第7章 海洋对二氧化碳的吸收与全球变暖（第1页）

**摘要**：本文深入剖析海洋对二氧化碳的吸收过程、机制及其在全球碳循环中的关键地位，并详细探讨这一吸收作用与全球变暖之间错综复杂的关系。通过阐述海洋吸收二氧化碳的方式、影响因素，分析其对缓解全球变暖的积极贡献以及面临的挑战，包括海洋酸化等问题。同时，研究全球变暖如何反作用于海洋吸收二氧化碳的能力，最后对未来基于海洋碳汇的应对策略进行展望，旨在为全面理解海洋与全球气候变化的相互作用提供理论依据，寻求有效应对全球变暖的途径。

##一、引言

全球变暖已成为当今世界面临的最严峻环境挑战之一，其主要驱动因素是大气中温室气体浓度的持续增加，尤其是二氧化碳（$CO_2$）。海洋作为地球上最大的碳库，在全球碳循环中扮演着至关重要的角色。海洋对二氧化碳的吸收过程不仅影响着海洋自身的生态系统和化学性质，也深刻地调控着全球气候的变化趋势。深入研究海洋对二氧化碳的吸收与全球变暖之间的关系，对于理解地球气候系统的运行机制、预测气候变化趋势以及制定有效的应对策略具有极其重要的意义。

##二、海洋对二氧化碳的吸收过程与机制

###（一）物理吸收

海洋对二氧化碳的物理吸收是基于亨利定律，即在一定温度和压力下，气体在液体中的溶解度与其在气相中的分压成正比。大气中的二氧化碳分子与海洋表面的水分子碰撞后，部分二氧化碳分子溶解进入海水中，形成碳酸（$H_2CO_3$）。这一过程主要取决于大气和海洋之间的二氧化碳分压差，当大气中二氧化碳分压高于海洋表面时，二氧化碳倾向于从大气向海洋扩散。物理吸收的速率相对较快，主要发生在海洋表层几百米的范围内。

###（二）生物泵作用

生物泵是海洋吸收二氧化碳的重要生物过程。浮游植物，如硅藻、甲藻等，通过光合作用利用海水中的二氧化碳和营养盐合成有机物质，将碳固定在体内。这些浮游植物在生长过程中吸收二氧化碳，死后部分会沉降到海洋深处。随着它们的下沉，所携带的碳也被带到深海，从而实现了碳从海洋表层向深层的转移。这一过程就像一个“泵”，将大气中的碳源源不断地输送到海洋深处，长期储存起来。生物泵的效率受到多种因素的影响，包括浮游植物的种类、数量、海洋营养盐的供应以及海洋环流等。

###（三）化学缓冲系统

海水中存在着复杂的化学缓冲系统，主要是碳酸盐系统。二氧化碳溶解在海水中形成碳酸后，碳酸会进一步解离成碳酸氢根离子（$HCO_3^-$）和碳酸根离子（$CO_3^{2-}$）。这一化学平衡反应能够调节海水中二氧化碳的浓度，使得海洋具有一定的缓冲能力来吸收更多的二氧化碳。当大气中二氧化碳浓度增加，更多的二氧化碳进入海洋时，碳酸盐系统的平衡会发生移动，以维持海水化学性质的相对稳定。

##三、海洋在全球碳循环中的地位

###（一）全球碳库对比

地球的碳库主要包括大气圈、水圈（主要是海洋）、岩石圈和生物圈。海洋是最大的活跃碳库，储存的碳量远远超过大气圈和陆地生物圈。据估计，海洋中储存的碳约为$$亿吨，而大气中的碳含量仅约为$750$亿吨。这种巨大的碳储量差异使得海洋在调节全球碳平衡方面具有不可替代的作用。

###（二）碳通量交换

海洋与大气之间存在着持续的碳通量交换。每年，大约有$90$亿吨碳通过物理和生物过程从大气进入海洋，同时，也有相当数量的碳从海洋返回大气。总体而言，海洋是一个碳汇，每年吸收约$2-3$亿吨的额外碳，这在一定程度上缓解了大气中二氧化碳浓度的快速上升。此外，海洋与陆地之间也存在碳交换，河流将陆地的有机碳和无机碳输送到海洋中，而海洋中的碳也可能通过一些地质过程重新返回陆地。

##四、海洋吸收二氧化碳对缓解全球变暖的作用

###（一）降低大气二氧化碳浓度

海洋对二氧化碳的吸收有效地降低了大气中二氧化碳的浓度，减缓了全球变暖的速度。如果没有海洋的吸收作用，大气中二氧化碳浓度将比现在高得多，全球气温的上升幅度也会更大。过去几十年间，海洋吸收了人类活动排放二氧化碳总量的约$25%-30%$，这一贡献对于维持地球气候的相对稳定至关重要。

###（二）调节全球气候

通过吸收二氧化碳，海洋调节了地球的能量平衡。二氧化碳是一种重要的温室气体，过多的二氧化碳会导致地球表面接收的太阳辐射能量多于向外散发的能量，从而引起全球气温升高。海洋吸收二氧化碳减少了大气中温室气体的含量，有助于维持地球的能量收支平衡，对全球气候起到了稳定作用。

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##五、海洋吸收二氧化碳带来的负面影响——海洋酸化

###（一）海洋酸化的过程