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第7章 海洋對二氧化碳的吸收與全球變暖（第1頁）

**摘要**：本文深入剖析海洋對二氧化碳的吸收過程、機制及其在全球碳循環中的關鍵地位，并詳細探讨這一吸收作用與全球變暖之間錯綜複雜的關系。通過闡述海洋吸收二氧化碳的方式、影響因素，分析其對緩解全球變暖的積極貢獻以及面臨的挑戰，包括海洋酸化等問題。同時，研究全球變暖如何反作用于海洋吸收二氧化碳的能力，最後對未來基于海洋碳彙的應對策略進行展望，旨在為全面理解海洋與全球氣候變化的相互作用提供理論依據，尋求有效應對全球變暖的途徑。

##一、引言

全球變暖已成為當今世界面臨的最嚴峻環境挑戰之一，其主要驅動因素是大氣中溫室氣體濃度的持續增加，尤其是二氧化碳（$co_2$）。海洋作為地球上最大的碳庫，在全球碳循環中扮演着至關重要的角色。海洋對二氧化碳的吸收過程不僅影響着海洋自身的生态系統和化學性質，也深刻地調控着全球氣候的變化趨勢。深入研究海洋對二氧化碳的吸收與全球變暖之間的關系，對于理解地球氣候系統的運行機制、預測氣候變化趨勢以及制定有效的應對策略具有極其重要的意義。

##二、海洋對二氧化碳的吸收過程與機制

###（一）物理吸收

海洋對二氧化碳的物理吸收是基于亨利定律，即在一定溫度和壓力下，氣體在液體中的溶解度與其在氣相中的分壓成正比。大氣中的二氧化碳分子與海洋表面的水分子碰撞後，部分二氧化碳分子溶解進入海水中，形成碳酸（$h_2co_3$）。這一過程主要取決于大氣和海洋之間的二氧化碳分壓差，當大氣中二氧化碳分壓高于海洋表面時，二氧化碳傾向于從大氣向海洋擴散。物理吸收的速率相對較快，主要發生在海洋表層幾百米的範圍内。

###（二）生物泵作用

生物泵是海洋吸收二氧化碳的重要生物過程。浮遊植物，如矽藻、甲藻等，通過光合作用利用海水中的二氧化碳和營養鹽合成有機物質，将碳固定在體内。這些浮遊植物在生長過程中吸收二氧化碳，死後部分會沉降到海洋深處。随着它們的下沉，所攜帶的碳也被帶到深海，從而實現了碳從海洋表層向深層的轉移。這一過程就像一個“泵”，将大氣中的碳源源不斷地輸送到海洋深處，長期儲存起來。生物泵的效率受到多種因素的影響，包括浮遊植物的種類、數量、海洋營養鹽的供應以及海洋環流等。

###（三）化學緩沖系統

海水中存在着複雜的化學緩沖系統，主要是碳酸鹽系統。二氧化碳溶解在海水中形成碳酸後，碳酸會進一步解離成碳酸氫根離子（$hco_3^-$）和碳酸根離子（$co_3^{2-}$）。這一化學平衡反應能夠調節海水中二氧化碳的濃度，使得海洋具有一定的緩沖能力來吸收更多的二氧化碳。當大氣中二氧化碳濃度增加，更多的二氧化碳進入海洋時，碳酸鹽系統的平衡會發生移動，以維持海水化學性質的相對穩定。

##三、海洋在全球碳循環中的地位

###（一）全球碳庫對比

地球的碳庫主要包括大氣圈、水圈（主要是海洋）、岩石圈和生物圈。海洋是最大的活躍碳庫，儲存的碳量遠遠超過大氣圈和陸地生物圈。據估計，海洋中儲存的碳約為$$億噸，而大氣中的碳含量僅約為$750$億噸。這種巨大的碳儲量差異使得海洋在調節全球碳平衡方面具有不可替代的作用。

###（二）碳通量交換

海洋與大氣之間存在着持續的碳通量交換。每年，大約有$90$億噸碳通過物理和生物過程從大氣進入海洋，同時，也有相當數量的碳從海洋返回大氣。總體而言，海洋是一個碳彙，每年吸收約$2-3$億噸的額外碳，這在一定程度上緩解了大氣中二氧化碳濃度的快速上升。此外，海洋與陸地之間也存在碳交換，河流将陸地的有機碳和無機碳輸送到海洋中，而海洋中的碳也可能通過一些地質過程重新返回陸地。

##四、海洋吸收二氧化碳對緩解全球變暖的作用

###（一）降低大氣二氧化碳濃度

海洋對二氧化碳的吸收有效地降低了大氣中二氧化碳的濃度，減緩了全球變暖的速度。如果沒有海洋的吸收作用，大氣中二氧化碳濃度将比現在高得多，全球氣溫的上升幅度也會更大。過去幾十年間，海洋吸收了人類活動排放二氧化碳總量的約$25%-30%$，這一貢獻對于維持地球氣候的相對穩定至關重要。

###（二）調節全球氣候

通過吸收二氧化碳，海洋調節了地球的能量平衡。二氧化碳是一種重要的溫室氣體，過多的二氧化碳會導緻地球表面接收的太陽輻射能量多于向外散發的能量，從而引起全球氣溫升高。海洋吸收二氧化碳減少了大氣中溫室氣體的含量，有助于維持地球的能量收支平衡，對全球氣候起到了穩定作用。

##五、海洋吸收二氧化碳帶來的負面影響——海洋酸化

###（一）海洋酸化的過程

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