海洋如何成為“負(fù)排放”碳匯場(chǎng)？
藍(lán)碳即海洋碳匯、藍(lán)色碳匯，指海洋和沿海生態(tài)系統(tǒng)從大氣中捕獲的二氧化碳，包括儲(chǔ)存在海水和沉積物中各種形態(tài)的碳。實(shí)際上，海洋儲(chǔ)存了地球上約93%的二氧化碳，是地球上最大的碳匯體，并且每年清除30%以上排放到大氣中的二氧化碳。未來(lái)，藍(lán)碳將分擔(dān)和緩解碳排放壓力，是減排的另一條可行路徑。
近些年，藍(lán)色碳匯逐漸被認(rèn)可，增加海洋碳匯、探索開展海洋生態(tài)系統(tǒng)碳匯試點(diǎn)、建立藍(lán)碳標(biāo)準(zhǔn)體系及交易機(jī)制等被寫入相關(guān)政策文件。
海洋固碳，秘密在哪兒？
1.海洋固碳的“秘密武器”
海洋是地球上最大的碳庫(kù)，據(jù)估算約為40萬(wàn)億噸，是大氣碳庫(kù)的50倍。
那么，海洋是如何捕獲大量二氧化碳的呢？
很重要的一部分答案就藏在海岸帶生態(tài)系統(tǒng)中，比如紅樹林、海草床和鹽沼。雖然這三類生態(tài)系統(tǒng)的覆蓋面積不到海床的0.5%，植物生物量只占陸地的0.05%，但其碳儲(chǔ)量卻占海洋碳儲(chǔ)量的50%以上。以紅樹林為例，全球紅樹林總面積僅占全球近海面積的0.5%，但其埋藏在沉積物中的碳卻占10%至15%，稱得上是藍(lán)碳捕獲“高手”。
濱海藍(lán)碳生態(tài)系統(tǒng)不僅能夠固碳，還能消波減浪，有效防止海岸被侵蝕，減輕災(zāi)害性天氣事件影響，應(yīng)對(duì)海平面上升，并且為眾多海洋生物提供產(chǎn)卵場(chǎng)和棲息地。
2.如何保護(hù)藍(lán)碳生態(tài)系統(tǒng)？
這些固碳“能手”正在受到氣候變化的威脅。氣候變暖、海洋酸化、海平面上升、風(fēng)暴潮加劇會(huì)改變甚至破壞濱海濕地生態(tài)結(jié)構(gòu)，嚴(yán)重影響其固碳儲(chǔ)碳能力。據(jù)研究人員粗略估計(jì)，全球67%的紅樹林、35%的濱海鹽沼和29%的海草床正受到破壞。
研究顯示，1960年以來(lái)，熱帶氣旋、干旱、高溫和海平面上升等造成紅樹林大規(guī)模死亡，削弱了生態(tài)系統(tǒng)生物多樣性和供給服務(wù)能力。過去幾十年間，全球已經(jīng)發(fā)生多次海草死亡事件，熱帶地區(qū)的海草床正在縮小。在溫度、鹽度和營(yíng)養(yǎng)鹽水平上升的共同作用下，海草床的物種組成和生物量呈減少趨勢(shì)。20世紀(jì)70年代以來(lái)，海平面上升引發(fā)土壤侵蝕，鹽沼生物多樣性加速喪失。
《氣候變化中的海洋與冰凍圈特別報(bào)告》指出，濱海植被覆蓋范圍在海平面上升和升溫的背景下將繼續(xù)縮小，導(dǎo)致碳儲(chǔ)量減少。
作為陸地和海洋生態(tài)系統(tǒng)之間的過渡生態(tài)系統(tǒng)類型，濱海濕地生態(tài)系統(tǒng)受到氣候變化和人類活動(dòng)雙重威脅。濱海藍(lán)碳生態(tài)系統(tǒng)遭受破壞后，不僅失去其碳匯功能，甚至可能從碳匯變成碳源。因此，需要加大對(duì)海岸帶生態(tài)系統(tǒng)的保護(hù)力度，以應(yīng)對(duì)氣候變化可能對(duì)濱海藍(lán)碳產(chǎn)生的負(fù)面影響。
3.我國(guó)藍(lán)碳潛力幾何？
海洋在實(shí)現(xiàn)碳中和目標(biāo)中具有重要作用。增加藍(lán)色碳匯、開發(fā)藍(lán)色能源是實(shí)現(xiàn)碳中和的重要路徑，研究藍(lán)碳對(duì)全球氣候變化、生物多樣性保護(hù)和人類可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。
中國(guó)有約300萬(wàn)平方公里的主張管轄海域和1.8萬(wàn)公里的大陸岸線，是世界上少數(shù)幾個(gè)同時(shí)擁有海草床、紅樹林、鹽沼這三大藍(lán)碳生態(tài)系統(tǒng)的國(guó)家之一，670萬(wàn)公頃的濱海濕地也為藍(lán)碳發(fā)展提供了廣闊空間。
按全球平均值估算，我國(guó)三大濱海藍(lán)碳生態(tài)系統(tǒng)的年碳匯量約為126.88萬(wàn)噸至307.74萬(wàn)噸二氧化碳。其中，紅樹林每年可埋藏27.16萬(wàn)噸二氧化碳，海草床每年可埋藏3.2萬(wàn)噸至5.7萬(wàn)噸二氧化碳，濱海鹽沼每年可埋藏96.52萬(wàn)噸至274.88萬(wàn)噸二氧化碳，均具有巨大的固碳儲(chǔ)碳潛能。
近年來(lái)，我國(guó)各部門針對(duì)海岸帶生態(tài)系統(tǒng)采取了多項(xiàng)保護(hù)措施。例如，我國(guó)在濱海濕地建立了數(shù)十個(gè)紅樹林保護(hù)區(qū)、數(shù)個(gè)海草床保護(hù)區(qū)和鹽沼濕地保護(hù)區(qū)。雖然這些措施是以保護(hù)生物多樣性為目的，但藍(lán)碳生態(tài)系統(tǒng)的恢復(fù)有助于增匯減排，助力我國(guó)實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰碳中和目標(biāo)。
藍(lán)色碳匯未來(lái)可期
1.海洋碳匯的幾種途徑
根據(jù)我國(guó)碳中和目標(biāo)要求，在不減產(chǎn)的情況下實(shí)現(xiàn)減排增匯，平均水深4000米、覆蓋地球70%面積的海洋成為探索“負(fù)排放”的重點(diǎn)領(lǐng)域。
目前，我們已知的主要海洋碳匯機(jī)制包括溶解度泵、碳酸鹽泵（CCP）和生物泵（BCP）。
溶解度泵利用大氣中二氧化碳分壓高于海洋，使得二氧化碳溶于海水中，在高密度海水的重力作用下，將二氧化碳“拖拽”到深海中。看似完美，但是二氧化碳溶于海水的過程中容易造成海洋酸化，破壞海洋環(huán)境和海洋生物多樣性，屬于“殺敵一千自損八百”型。另外，該過程難以調(diào)控，因而不是科學(xué)界研發(fā)的對(duì)象。
碳酸鹽泵是通過碳酸鹽沉積將二氧化碳儲(chǔ)存于海底，因其化學(xué)過程中釋放出等量二氧化碳，所以也稱之為反泵，屬于“好心幫倒忙”型選手。但是，科學(xué)家有可能采取措施，調(diào)控邊界條件，使這個(gè)“反泵”變?yōu)?ldquo;正泵”。
生物碳泵是通過有機(jī)物生產(chǎn)、消費(fèi)、傳遞等生物學(xué)過程，形成顆粒有機(jī)碳，在重力作用下由海洋表層向深海乃至海底遷移和埋藏的過程。過程中，從浮游植物光合作用開始，沿食物鏈從初級(jí)生產(chǎn)者逐級(jí)向高營(yíng)養(yǎng)級(jí)傳遞有機(jī)碳，并產(chǎn)生顆粒有機(jī)碳沉降，將一部分碳長(zhǎng)期封存到海洋中。
科學(xué)界對(duì)生物泵固碳與儲(chǔ)碳評(píng)價(jià)極高，認(rèn)為若無(wú)生物泵，大氣中二氧化碳含量將比現(xiàn)在高出200ppmv。
生物泵雖好，但是埋藏碳效率太低。據(jù)估算，通過生物泵遷移和埋藏至海底的二氧化碳量接近海洋初級(jí)生產(chǎn)力的1%，絕大多數(shù)顆粒有機(jī)碳在沉降中被“撂倒”。如何高效利用，成為科學(xué)家為之努力的目標(biāo)。
2.微型生物碳泵，蠟封的“肉丸子”
經(jīng)過多年的系統(tǒng)研究和科學(xué)試驗(yàn)，我國(guó)科學(xué)家逐步認(rèn)識(shí)到海洋生態(tài)系統(tǒng)中微型生物對(duì)海洋碳庫(kù)形成的重要作用。中國(guó)科學(xué)院院士焦念志提出了一個(gè)新的海洋儲(chǔ)碳機(jī)制——微型生物碳泵，引領(lǐng)了該領(lǐng)域的國(guó)際前沿發(fā)展趨勢(shì)。
海洋中95%的有機(jī)碳是溶解態(tài)的，這其中的95%又是惰性有機(jī)溶解碳，可在海洋中保存5000年左右。
微型生物碳泵是利用海洋中微生物、浮游生物等生理生態(tài)活動(dòng)吸收活性有機(jī)碳，然后將活性有機(jī)碳轉(zhuǎn)化為惰性有機(jī)碳，儲(chǔ)存在海水中。因惰性有機(jī)碳不容易被降解，因而可以積累形成巨大的碳庫(kù)。
據(jù)估算，海洋中惰性有機(jī)碳的量和大氣碳匯相當(dāng)。因此，海洋儲(chǔ)碳潛力巨大，對(duì)于調(diào)節(jié)氣候變化有重要作用。
理論上說(shuō)，海洋表層各種浮游生物、微生物吸收大氣中的二氧化碳后成為顆粒有機(jī)碳，然后在重力等作用下沉降到海底，達(dá)到固碳的目標(biāo)。但實(shí)際情況是，在沉降至幾千米的海底過程中，顆粒有機(jī)碳被降解得很厲害，可以說(shuō)是呈指數(shù)型衰減。其結(jié)果就像是一個(gè)大型漏斗，上面看著數(shù)量很多，但是最終到達(dá)海底的數(shù)量少得可憐。
這個(gè)過程也可以理解為，各種海洋生物、微生物像是一顆顆美味的肉丸子，吸收二氧化碳形成顆粒有機(jī)碳后，在沉降海底的漫漫征程中，因其味道鮮美，一路被海洋微生物、細(xì)菌“啃食”，到了海底就剩下點(diǎn)肉末了。
這不是我們想要的結(jié)果。但是，如果顆粒有機(jī)碳在沉降過程中不斷和惰性有機(jī)碳分子碰撞結(jié)合，將有利于保護(hù)顆粒有機(jī)碳。這就相當(dāng)于給顆粒有機(jī)碳這個(gè)美味的肉丸上包裹上了一層蠟，口感不佳，細(xì)菌對(duì)其失去興趣，因而得以沉至海底，長(zhǎng)期保存下來(lái)。
這與海底石油形成的原理類似，科學(xué)界正在通過試驗(yàn)驗(yàn)證其相似性，為海洋碳封存打通“最后一公里”。
10年前，焦念志提出的微生物碳泵概念還鮮為人知，在若干大型生態(tài)系統(tǒng)模擬實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證后，得到國(guó)內(nèi)外科學(xué)界的認(rèn)可。隨后，該理論被寫入IPCC報(bào)告。美國(guó)科學(xué)家稱，盡管這個(gè)巨大的惰性有機(jī)碳庫(kù)形成原因仍然是個(gè)謎，但是，它對(duì)調(diào)節(jié)氣候變化的作用是巨大的。而且，在地球歷史進(jìn)程中，曾經(jīng)的惰性有機(jī)碳庫(kù)比現(xiàn)在至少大500倍。
如今，科學(xué)家還在開展研究，如何調(diào)控碳酸鹽泵、生物泵和微生物泵三者反應(yīng)的邊界條件，以求實(shí)現(xiàn)三泵協(xié)同增匯。屆時(shí)，可能實(shí)現(xiàn)歷史上曾經(jīng)出現(xiàn)過的大規(guī)模儲(chǔ)碳現(xiàn)象。
實(shí)際上，在地球歷史上確實(shí)有多次因微生物的推波助瀾而導(dǎo)致大規(guī)模碳酸鹽沉積的實(shí)例，以厭氧、有氧微生物作為反應(yīng)介質(zhì)，幫助碳沉降。在英國(guó)，英吉利海峽比奇角是一片高100多米、長(zhǎng)5公里的白色懸崖，丹福白崖（The White Cliffs of Dover），是由碳酸鹽沉積的景觀，就是在非常小（20微米，即0.02毫米）的微型生物作用下沉積而成。
3.如何統(tǒng)籌陸海，減排增匯？
早在10年前，焦念志還提出減少陸地施肥、增加近海碳匯的方案。
美國(guó)科學(xué)家對(duì)各種環(huán)境、近海湖泊大洋中無(wú)機(jī)氮與有機(jī)碳的關(guān)系進(jìn)行研究，其結(jié)果表明，如果環(huán)境中有過多營(yíng)養(yǎng)鹽，則有機(jī)碳難以保存。這與實(shí)驗(yàn)室微觀觀測(cè)結(jié)果相同。
國(guó)家統(tǒng)計(jì)局?jǐn)?shù)據(jù)顯示，過去50年，我國(guó)化肥使用量增加近30倍，全球化肥使用量增加了30%。過量氮磷等化學(xué)肥料在雨水的沖刷下，進(jìn)入河流最終流向海洋，使得近海富營(yíng)養(yǎng)化。陸源過量營(yíng)養(yǎng)輸入+海源激發(fā)效應(yīng)，使得高生產(chǎn)力的河口成為釋放二氧化碳的源。
入海口營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)豐富，成為各類細(xì)菌滋生的溫床，細(xì)菌將有機(jī)碳分解，釋放二氧化碳，將陸源有機(jī)碳激活成為二氧化碳。
焦念志建議，實(shí)施微生物驅(qū)動(dòng)的，無(wú)機(jī)-有機(jī)-生命-非生命綜合儲(chǔ)碳示范工程，實(shí)施海陸統(tǒng)籌，減排增匯-量化生態(tài)補(bǔ)償機(jī)制，推動(dòng)國(guó)內(nèi)大循環(huán)。
目前，焦念志院士發(fā)起的海洋負(fù)排放國(guó)際大科學(xué)計(jì)劃（ONCE），得到了國(guó)際同行的積極響應(yīng)，已有來(lái)自15個(gè)國(guó)家的科學(xué)家簽約加入。焦念志呼吁，中國(guó)應(yīng)全面進(jìn)行海洋負(fù)排放科學(xué)規(guī)劃，及時(shí)就相關(guān)研究與研發(fā)成果予以發(fā)布，盡快建立相關(guān)的方法與技術(shù)體系，通過ONCE推出中國(guó)領(lǐng)銜制訂的海洋碳匯（負(fù)排放）有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)體系，為構(gòu)建人類命運(yùn)共同體提供中國(guó)方案。
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