麻省理工学院确定抵消作用：南极海冰可能不会像以前认为的那样限制碳排放

普遍的理论是，海冰可以充当盖子，以防止海洋中的碳逃逸回大气中。但是，麻省理工学院的研究人员现在已经确定了一种抵消作用，这表明南极海冰可能无法像科学家所怀疑的那样强大地控制全球碳循环。

研究表明，海冰在大致相等的范围内阻止了碳流入和流出海洋的过程。

南极洲周围的南大洋是世界上许多富含碳的深水可以升回地表的区域。科学家们认为，南极洲周围大量的海冰可以充当碳上升通道的盖子，从而防止天然气突破海洋表面并返回大气层。

但是，麻省理工学院的研究人员现在已经确定了一种抵消作用，这表明南极海冰可能无法像科学家所怀疑的那样强大地控制全球碳循环。

在八月份出版的《全球生物地球化学循环》杂志上发表的一项研究中，研究小组发现，确实，南大洋的海冰可以作为碳上升的物理屏障。但是它也可以充当阴影，阻止阳光到达海洋表面。阳光对于植物的合成是必不可少的，这是浮游植物和其他海洋微生物从大气中吸收碳进行生长的过程。

研究人员发现，当海冰阻挡阳光照射时，生物活性以及微生物可以从大气中隔离的碳含量会大大降低。令人惊讶的是，这种遮蔽效果几乎与海冰的遮盖效果相同，并且相反。两者合计，这两种效果基本上相互抵消。

主要作者穆克德·古普塔（Mukund Gupta）说：“就未来的气候变化而言，南极洲周围海冰的预期损失可能不会增加大气中的碳浓度。”和行星科学（EAPS）。

他强调说，海冰确实会对全球气候产生其他影响，尤其是通过其反照率或反射太阳辐射的能力。

古普塔说：“当地球变暖时，它会失去海冰并吸收更多的太阳辐射，因此从这个意义上讲，海冰的丧失会加速气候变化。”“我们在这里可以说的是，通过这种封盖和遮盖作用，海冰的变化可能不会对南极洲的碳排放产生如此大的影响。”

Gupta的合著者是EAPS教授Michael“ Mick” Follows和EAPS研究科学家Jonathan Lauderdale。

冰的作用

每年冬天，南大洋的大片区域冻结，形成大量的海冰，从南极洲延伸出数百万平方英里。尽管流行的理论认为，海冰可以充当阻止海洋中碳逸出到大气中的盖子，但南极海冰在调节气候和碳循环中的作用一直存在争议。

古普塔说：“这个理论主要是在冰河时代的背景下想到的，当时地球温度要低得多，而大气中的碳含量要低得多。”“解释这种低碳浓度的一种理论认为，由于温度较低，厚厚的海冰覆盖层进一步延伸到海洋中，阻止了与大气层的碳交换并将其有效地捕获在深海中。”

古普塔和他的同事们想知道封顶以外的效果是否也可能起作用。通常，研究人员一直试图了解海洋中的各种特征和过程如何与浮游植物等海洋生物学相互作用。他们认为，由于海冰阻挡了微生物的重要阳光，其生物活性可能降低了，但是这种遮光作用到底有多强呢？

平等与对立

为了回答这个问题，研究人员使用了MITgcm，这是一种全球循环模型，可以模拟涉及大气和海洋循环的许多物理，化学和生物过程。他们利用MITgcm模拟了一个垂直的海洋切片，其宽度为3,000公里，深度为4,000米，其条件与当今的南洋相似。然后，他们多次运行模型，每次都使用不同浓度的海冰。

Gupta解释说：“浓度为100％时，冰中没有泄漏，并且实际上被压紧了，而浓度极低则代表松散而稀疏的浮冰在移动。”

他们将每个模拟设置为以下三种情况之一：一种只有封盖效果有效，而海冰则通过防止碳泄漏回大气而仅影响碳循环；另一个只有阴影效果活跃，海冰仅阻止阳光穿透海洋；最后一个是同时具有加盖和阴影效果。

对于每一次模拟，研究人员观察到他们设定的条件如何影响总碳通量或从海洋逃逸到大气中的碳量。

他们发现加盖和遮光对碳循环有相反的影响，在前一种情况下减少了进入大气的碳量，而在后一种情况下增加了等量的空气。在考虑了两种影响的情况下，在广泛的海冰浓度范围内，一种几乎完全抵消了另一种，导致碳通量没有明显变化。只有当海冰处于最高浓度时，封盖才具有边缘，碳向大气中的逸出减少。

结果表明，南极海冰可能有效地将碳捕获在海洋中，但前提是该冰层非常膨胀且很厚。否则，似乎海冰对潜在生物的遮蔽作用可能抵消了其封盖作用。

古普塔说：“如果只是考虑物理和纯粹的封顶或碳阻隔的想法，那将是一种不完整的思考方式。”“这表明我们需要更多地了解海冰下的生物学及其如何影响这种作用。”

参考：“南极海冰对南部海洋碳排放的影响：Mukund Gupta，Michael J. Follows和乔纳森·梅特兰·劳德代尔（Jonathan Maitland Lauderdale）于2020年7月28日发表在《全球生物地球化学循环》上。
10.1029 / 2019GB006489

这项研究得到了美国国家科学基金会的部分支持。