什么是海洋碳匯?海洋是地球系統中最大的碳庫，海洋碳庫是大氣的50倍，陸地生態(tài)系統的20倍，全球大洋每年從大氣吸收CO2約20億噸，占全球每年CO2排放量的1/3左右，是大氣CO2巨大的匯。

海洋碳匯是指一定時間周期內海洋儲碳的能力或容量。海洋儲碳的形式包括無機的、有機的、顆粒的、溶解的碳等各種形態(tài)。海洋中95%的有機碳是溶解有機碳 (DOC)，而其中95%又是生物不能利用的惰性溶解有機碳(RDOC)，世界大洋中RDOC的儲碳量大約是6500億噸，儲碳周期約5000年，它 們與大氣CO2的碳量相當，其數量變動影響到全球氣候變化。

海洋中存在著數量巨大的微型生物(Microbes)，它們是海洋RDOC的主要生產者---它們可以利用活性溶解有機碳(LDOC)支持自身的代謝，同時產生RDOC。生物來源的RDOC構成了海洋RDOC庫的主體，由于RDOC在海水中的代謝周期很長，所以相當于將大氣中的CO2封存在海里面。在海水中LDOC的濃度較低，而RDOC的濃度較高，微型生物的這一作用將低濃度的LDOC轉化為高濃度的RDOC就好像將水從低水位抽到了高水位，所以這一機制被形象地成為微型生物碳泵(MicrobialCarbonPump，MCP)。

中科院院士、廈門大學特聘教授焦念志領銜的研究團隊在研究好氧不產氧光和異養(yǎng)菌(AAPB)的生態(tài)分布時獲得啟發(fā)，提出了這一海洋儲碳的新機制，為增加海洋碳匯提供了新思路。

地球上的碳元素主要存在于大氣圈、水圈、巖石圈、生物圈中。雖然全球的碳元素主要以碳酸鹽巖石的形式存在于地殼中，但其中的碳元素幾乎處于靜止狀態(tài)，較少參與碳循環(huán)。所以，海洋是除地質碳庫外最大的碳庫，也是參與大氣碳循環(huán)最活躍的部分之一，海洋的固碳能力約為4000萬億噸，年新增儲存能力約5億噸～6億噸，碳元素在海洋中主要以顆粒有機碳、溶解有機碳和溶解無機碳三種主要形態(tài)存在。

海洋不僅能長期儲存碳，而且能重新分配二氧化碳，是最高效的碳匯。海洋碳匯不僅可以減緩氣候變化造成的影響，而且在保護海岸帶免受侵蝕和減輕水體污染等方面發(fā)揮至關重要的作用。

海洋生態(tài)系統是全球最重要的生態(tài)系統，影響著全球生態(tài)系統的穩(wěn)定與安全，人類生存及其經濟、政治、文化和社會發(fā)展均與海洋息息相關。海洋生態(tài)環(huán)境在支撐社會經濟發(fā)展的同時，承受著巨大的壓力。

此外，海洋還面臨著噪聲、低氧、化學污染等威脅，深海采礦也可能于未來幾年內正式開啟。這一切都將給海洋帶來深遠的影響，而“生病了”的海洋，將無法繼續(xù)給我們提供保護和饋贈。

面對海洋環(huán)境的嚴重污染，海洋資源過度地開發(fā)利用，導致海洋環(huán)境及其資源的嚴重破壞，近30年來，不少沿海國家和地區(qū)相繼建立起為數眾多的各種類型的海洋保護區(qū)，這些保護區(qū)根據保護對象的不同，大致可區(qū)分為：海洋生態(tài)系統保護區(qū)、瀕危珍稀物種保護區(qū)、自然歷史遺跡保護區(qū)、特殊自然景觀保護區(qū)以及海洋環(huán)境保護區(qū)等等。通過海洋保護區(qū)能完整地保存自然環(huán)境和自然資源的本來面貌;能保護、恢復、發(fā)展、引種、繁殖生物資源，能保存生物物種的多樣性，能消除和減少人為的不利影響，因此保護區(qū)的興起，為人類保護海洋環(huán)境及其資源，開辟了新的途徑。

藍碳即海洋碳匯、藍色碳匯，指海洋和沿海生態(tài)系統從大氣中捕獲的二氧化碳，包括儲存在海水和沉積物中各種形態(tài)的碳。實際上，海洋儲存了地球上約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，藍碳將分擔和緩解碳排放壓力，是減排的另一條可行路徑。

近些年，藍色碳匯逐漸被認可，增加海洋碳匯、探索開展海洋生態(tài)系統碳匯試點、建立藍碳標準體系及交易機制等被寫入相關政策文件。

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，據估算約為40萬億噸，是大氣碳庫的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)系統中，比如紅樹林、海草床和鹽沼。雖然這三類生態(tài)系統的覆蓋面積不到海床的0.5%，植物生物量只占陸地的0.05%，但其碳儲量卻占海洋碳儲量的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%，稱得上是藍碳捕獲“高手”。

濱海藍碳生態(tài)系統不僅能夠固碳，還能消波減浪，有效防止海岸被侵蝕，減輕災害性天氣事件影響，應對海平面上升，并且為眾多海洋生物提供產卵場和棲息地。

2.如何保護藍碳生態(tài)系統?

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、風暴潮加劇會改變甚至破壞濱海濕地生態(tài)結構，嚴重影響其固碳儲碳能力。據研究人員粗略估計，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，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)系統生物多樣性和供給服務能力。過去幾十年間，全球已經發(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。20世紀70年代以來，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，導致碳儲量減少。

作為陸地和海洋生態(tài)系統之間的過渡生態(tài)系統類型，濱海濕地生態(tài)系統受到氣候變化和人類活動雙重威脅。濱海藍碳生態(tài)系統遭受破壞后，不僅失去其碳匯功能，甚至可能從碳匯變成碳源。因此，需要加大對海岸帶生態(tài)系統的保護力度，以應對氣候變化可能對濱海藍碳產生的負面影響。

3.我國藍碳潛力幾何?

海洋在實現碳中和目標中具有重要作用。增加藍色碳匯、開發(fā)藍色能源是實現碳中和的重要路徑，研究藍碳對全球氣候變化、生物多樣性保護和人類可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。

中國有約300萬平方公里的主張管轄海域和1.8萬公里的大陸岸線，是世界上少數幾個同時擁有海草床、紅樹林、鹽沼這三大藍碳生態(tài)系統的國家之一，670萬公頃的濱海濕地也為藍碳發(fā)展提供了廣闊空間。

按全球平均值估算，我國三大濱海藍碳生態(tài)系統的年碳匯量約為126.88萬噸至307.74萬噸二氧化碳。其中，紅樹林每年可埋藏27.16萬噸二氧化碳，海草床每年可埋藏3.2萬噸至5.7萬噸二氧化碳，濱海鹽沼每年可埋藏96.52萬噸至274.88萬噸二氧化碳，均具有巨大的固碳儲碳潛能。

近年來，我國各部門針對海岸帶生態(tài)系統采取了多項保護措施。例如，我國在濱海濕地建立了數十個紅樹林保護區(qū)、數個海草床保護區(qū)和鹽沼濕地保護區(qū)。雖然這些措施是以保護生物多樣性為目的，但藍碳生態(tài)系統的恢復有助于增匯減排，助力我國實現碳達峰碳中和目標。

藍色碳匯未來可期

1.海洋碳匯的幾種途徑

根據我國碳中和目標要求，在不減產的情況下實現減排增匯，平均水深4000米、覆蓋地球70%面積的海洋成為探索“負排放”的重點領域。

目前，我們已知的主要海洋碳匯機制包括溶解度泵、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，該過程難以調控，因而不是科學界研發(fā)的對象。

碳酸鹽泵是通過碳酸鹽沉積將二氧化碳儲存于海底，因其化學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，科學家有可能采取措施，調控邊界條件，使這個“反泵”變?yōu)?ldquo;正泵”。

生物碳泵是通過有機物生產、消費、傳遞等生物學過程，形成顆粒有機碳，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，沿食物鏈從初級生產者逐級向高營養(yǎng)級傳遞有機碳，并產生顆粒有機碳沉降，將一部分碳長期封存到海洋中。

科學界對生物泵固碳與儲碳評價極高，認為若無生物泵，大氣中二氧化碳含量將比現在高出200ppmv。

生物泵雖好，但是埋藏碳效率太低。據估算，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生產力的1%，絕大多數顆粒有機碳在沉降中被“撂倒”。如何高效利用，成為科學家為之努力的目標。

2.微型生物碳泵，蠟封的“肉丸子”

經過多年的系統研究和科學試驗，我國科學家逐步認識到海洋生態(tài)系統中微型生物對海洋碳庫形成的重要作用。中國科學院院士焦念志提出了一個新的海洋儲碳機制——微型生物碳泵，引領了該領域的國際前沿發(fā)展趨勢。

海洋中95%的有機碳是溶解態(tài)的，這其中的95%又是惰性有機溶解碳，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)活動吸收活性有機碳，然后將活性有機碳轉化為惰性有機碳，儲存在海水中。因惰性有機碳不容易被降解，因而可以積累形成巨大的碳庫。

據估算，海洋中惰性有機碳的量和大氣碳匯相當。因此，海洋儲碳潛力巨大，對于調節(jié)氣候變化有重要作用。

理論上說，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碳，然后在重力等作用下沉降到海底，達到固碳的目標。但實際情況是，在沉降至幾千米的海底過程中，顆粒有機碳被降解得很厲害，可以說是呈指數型衰減。其結果就像是一個大型漏斗，上面看著數量很多，但是最終到達海底的數量少得可憐。

這個過程也可以理解為，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、細菌“啃食”，到了海底就剩下點肉末了。

這不是我們想要的結果。但是，如果顆粒有機碳在沉降過程中不斷和惰性有機碳分子碰撞結合，將有利于保護顆粒有機碳。這就相當于給顆粒有機碳這個美味的肉丸上包裹上了一層蠟，口感不佳，細菌對其失去興趣，因而得以沉至海底，長期保存下來。

這與海底石油形成的原理類似，科學界正在通過試驗驗證其相似性，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)系統模擬實驗驗證后，得到國內外科學界的認可。隨后，該理論被寫入IPCC報告。美國科學家稱，盡管這個巨大的惰性有機碳庫形成原因仍然是個謎，但是，它對調節(jié)氣候變化的作用是巨大的。而且，在地球歷史進程中，曾經的惰性有機碳庫比現在至少大500倍。

如今，科學家還在開展研究，如何調控碳酸鹽泵、生物泵和微生物泵三者反應的邊界條件，以求實現三泵協同增匯。屆時，可能實現歷史上曾經出現過的大規(guī)模儲碳現象。

實際上，在地球歷史上確實有多次因微生物的推波助瀾而導致大規(guī)模碳酸鹽沉積的實例，以厭氧、有氧微生物作為反應介質，幫助碳沉降。在英國，英吉利海峽比奇角是一片高100多米、長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。