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二氧化碳增加和气候变化对海洋碳储量、酸化及氧储量的影响

王双晶  
【摘要】:由于人类活动排放,大气中二氧化碳(CO2)浓度正在不断增加,CO2浓度的增加又会导致气候变化,气候变化主要表现为全球气候变暖。CO2浓度增加和气候变化都会使全球海洋的物理化学环境产生改变,在这些改变中,海洋碳循环、海洋碳酸盐化学与海洋溶解氧的变化对海洋生物及生态系统有着重要的意义。为了具体考察这些方面的变化,量化CO2增加和气候变化对海洋物理化学环境的影响,我们利用一个地球系统模式,在一个设定的大气C02浓度(RCP8.5)情景下,进行了不同气候敏感度条件下的一系列模拟,用于分析CO2增加和气候变化对海洋碳储量、海洋酸化和氧储量的分别和共同影响。我们的模拟结果表明,对海洋碳循环与碳酸盐化学而言,大气中CO2浓度改变具有直接的影响,而气候变化仅起辅助的调节作用,但对于溶解氧而言,气候变化起着直接的作用。如果仅仅考虑CO2浓度变化,到2500年,海洋对人为碳的吸收总量达到1996.04 PgC (1Pg C=1015 g C),进而致使海洋整体平均pH、碳酸根离子浓度与霰石饱和度相对于工业革命前分别下降4.52%、50.54%与56.73%。而CO2浓度增加导致的气候变化会改变模拟中的碳循环,在气候敏感度为3.0K时,到2500年,人为碳吸收总量相对于没有气候变化时降低18.48%,这是由海表温度增加导致的CO2溶解度降低以及海洋对流减弱导致的C02从海表到深海的输送变慢共同引起的。气候变化虽然对海表pH几乎没有影响,但可以缓解海表碳酸根离子浓度以及霰石饱和度的降低,且由于海表向深海传输速率的减慢,到2500年,海洋整体平均pH、碳酸根离子浓度与霰石饱和度分别相对没有气候变化时增加了0.90%、23.43%与22.46%。同时,气候变化导致的海洋变暖可以减小氧气(02)的溶解度,进而导致了海洋表面平均及海洋整体平均溶解氧浓度的减少,气候敏感度为3.0 K时分别减小4.38%与18.44%(2500年)。此外,我们的模拟研究表明,气候敏感度越高,对海洋吸收C02能力的抑制作用越明显,对海洋酸化的缓解作用也越明显,但溶解氧的浓度也越低,因此更可能对需氧生物的呼吸作用造成影响。在我们的模拟中,到2500年,气候敏感度每增加1.0K,海洋对人为碳的总吸收量减少109.60PgC,同时,海洋整体平均pH、碳酸根离子浓度、霰石饱和度、溶解氧浓度与呼吸指数相对工业革命前的变化分别改变0.015(或0.19%)、3.47μmol kg-1(或3.51%)、0.03(或3.12%)、-8.72μmol kg-1(5.10%)与-0.006(-0.27%)。我们的模拟研究表明,大气CO2增加是造成海洋碳储量增加和海洋酸化的主要原因,CO2增加引起的全球变暖对海洋碳储量和海洋酸化的变化起到一定的调节作用。而对于海洋氧储量的变化,全球变暖起着主要作用。人为持续排放CO2和CO2增加引起的全球变暖将显著改变全球海洋的物理和化学环境,从而有可能对海洋生物和生态系统产生巨大影响。


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