北冰洋是体现全球气候变化最明显的角落，不过，地球科学家与生物学家们一直存有希望，认为北极冰盖消融，海水露出后，可能会成为“吸碳大户”，同时缓解气候变化的趋势。
最近中国国家海洋局参与的国际研究却给这个想法泼了盆“冷水”。在经过高精度数据分析之后，研究者认为，北冰洋中心地区的海水吸收CO2的能力有限，可能很快达到饱和。研究在最新一期的《科学》上刊登。
海洋碳循环：能吸能排
人类活动致使大气中CO2增加，导致全球温度增加，这已成为科学界普遍肯定的事实。海水能够吸收CO2，这更是很早就被认识到的事实。
“人类应该感谢海洋。”研究参与者、国家海洋局第三海洋研究所海洋-大气化学与全球变化重点实验室主任陈立奇说，“工业化以来，海洋吸收了人类排放的所有CO2中的差不多30%，大大减缓了大气中的CO2积累，减缓了全球温度的升高速度。”
海洋中的碳循环机制，主要存在两种“泵机制”：“物理泵”和“生物泵”。
“物理泵”的关键在于冷水与热水的区别，冷水中CO2的溶解度高于温暖水体，再加上冷水的比重大于温水，因此，一些高纬度的海域如北大西洋或南大洋，或者中国的东海、黄海等海域，冷的密度较大的水团会在沉降至海洋深处时将大气中的CO2带下去。
相反，纬度较低的海域如赤道海域则不仅CO2的吸收达到了饱和，而且反而会向大气中排放CO2。这些海域，不仅不是CO2的“汇”，反而成了“源”，南海就是典型的CO2“排放户”。即使这样，科学家估计，世界大洋每年吸收的人类排放的CO2仍可达到21亿吨，在减缓全球增温上起到了很重要的作用。
极地海域对温度变化极为敏感，是全球气候变化的放大镜。科学家认为，虽然这里出现了冰川消融、生态破坏等现象，却可能因此成为“吸碳大户”，尤其是北冰洋。此前，因为冰盖的存在，北冰洋海水的吸碳能力几乎为零。如今，因为冰快速消退，大量开阔的水域出现，且都是温度极低的冷水，可能会大量吸收CO2，减缓气候变化的速度。据之前研究估计，消融后的北冰洋，虽然面积只占了世界海洋的3%，但吸收的CO2可以占到全球海域总吸收量的10%，即可以消除2亿吨左右的大气CO2，这个不小的数字成为无数全球变化后果中的为数不多的“好消息”。
中心区海水几近饱和
然而，最新的研究结果却和此前的研究相悖。据陈立奇介绍，这次研究主要依据中国前两次雪龙号北极考察，这两次考察进入了北极更深处，得到了更多、更精确的数据。
北冰洋的面积约为1400万平方千米，包括近海、边缘海、陆架海以及中心海盘区，中心海盘区占了整个北冰洋一半的面积。此前，因为全部被冰层覆盖，很少有人能进去。
“1999年雪龙号只能走到北纬75度就破冰破不动了。2003年第二次北极考察我们可以走到北纬80度，5年后的第三次考察可以进入北纬85度了。”陈立奇说，“这也说明了科学上说的北极快速变化。上世纪30年代北极的变化可以和过去的100年相比，而在21世纪，隔三五年北极就会发生明显的变化。”
因为进入了北极中心深处的加拿大海盆区，研究人员得到了大量高精度的上层海水CO2浓度的观测数据，发现事实并非原先预计的那么美好：在大洋边缘海区，深海水域接近大陆架地区，CO2浓度大大低于大气浓度，但是在离岸更远的无冰海域，CO2浓度却几乎接近大气浓度，接近其吸碳能力的极限。
“无冰海盆区存在接近大气水平的高CO2值。”研究论文通讯作者、美国乔治亚大学生物地理化学家、曾参与2008年雪龙号破冰船考察的蔡卫君说，“这是以前从未料到的。”
陈立奇解释说：“新的研究中，北冰洋中心地区的CO2吸收能力可能一开始很强，但很快就趋于很弱，甚至到饱和。”
这份名为《北冰洋无冰海盆区CO2吸收能力下降》的研究7月23日在《科学》网页版刊登，并于7月30日出版。《自然》杂志在线版也发表首页评论，称该论文“标志着中国气候科学研究正在走向成熟，也是来自中国第一个具有重要影响的气候研究之一。”
两种“泵”都失效
探究原因，原来两种泵中，“物理泵”的作用并未如人们想象的一样。科学家研究的北极海域不仅受到了北太平洋水团、河流等复杂影响，而且因为表层水是刚溶解的冰水温度较低，而中层海水相对温度较高，两者的温度差导致形成了一层“隔离带”，“就像大楼门口阻隔灰尘的风帘一样，这个隔离带阻隔了碳的吸收，导致表层的CO2很快达到饱和。”陈立奇解释。
“生物泵”同样失效了。生物是吸收能源与碳的关键。海水中的生物通过光合作用吸收CO2，死后则变成深海沉积物，将CO2永久固定，这种吸收碳的能力在科学上被称为“生产力”。如同人的力气来自吃饭一样，浮游生物的“生产力”与营养盐密切相关，然而此次研究发现，因为北冰洋深处营养盐含量很低，极大地限制了北冰洋浮游植物的生产力，其对CO2的固定几乎可以忽略不计。
这次研究并非定论，仍存在不少不确定性。尽管对北冰洋中心的调查结果让人吃惊，但在外海地区，生物泵依然在起作用，海水吸碳能力依然很强。“为什么中心地区CO2突然增高？别的海盆情况怎么样？是否有更普遍的情况？在更长的时间内会发生什么？这都是要继续进行考察的。”陈立奇说。
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海洋在变“酸”
海洋吸碳会带来一个棘手的问题。CO2溶于水后形成碳酸，它会使得海洋酸化。科学家近几年才提出这个问题，但很快变成为全球关注的重大问题。在工业化前的10000年中，海水PH值下降了0.1，过去的200年中，PH值同样下降了0.1。
随着海洋酸化加剧，外壳为钙质的贝壳、甲壳类动物、钙化藻类、以及珊瑚等将会溶解，这些是组成生物链最底部的浮游生物，一旦它们被“洗牌”，将对整个海洋和全球生物链产生无可预计的破坏。
