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海洋是碳循环的产物(海洋碳循环过程)

来源:www.ascsdubai.com   时间:2023-07-03 12:30   点击:141  编辑:jing 手机版

1. 海洋碳循环过程

海洋的碳循环从某种意义上说是自给自足的:海水溶解了大量存在于大气 中的二氧化碳。

海洋内部和周围的特定活动过程也释放出二氧化碳,比如火山喷发或碳酸盐溶解会产生二氧化碳。海洋碳循环的主要活动者是生物体,浮游 植物(像植物一样使用光合作用的浮游生物)在光合作用中“固化”被溶解的二 氧化碳,释放氧气,然后氧气被溶解在海水中;浮游动物(动物性浮游生物)和其他海生动物,比如鱼类,消耗固化的二氧化碳,并呼吸氧气。

最终,植物和动物在 死后降解成为二氧化碳,并将二氧化碳释放到大气中。

2. 海洋碳汇

陆地和海洋是地球重要的碳汇,每年吸收全球约一半的碳排放量。如能提升碳汇功能,固定更多的碳,将会分担部分减排的压力。针对陆地生态系统固碳能力和潜力开展的科学研究较多,也得到国际社会广泛的关注。

早在1997年签署的《京都议定书》,就允许各国通过人工造林、森林和农田管理等人为活动导致的“碳汇”用于抵消本国承诺的温室气体减排指标。在我国,通过持续大规模开展退耕还林和植树造林,大幅增加了森林碳汇,也是不争的事实。相比陆地生态系统,海洋的固碳能力毫不逊色。

2009年,联合国环境规划署等多家机构联合发布的《蓝碳:健康海洋对碳的固定作用—快速反应评估》报告就指出,海洋生物具有固碳效率高、储存时间长的独特优势。在2019年《联合国气候变化框架公约》第25次缔约方大会上,加强海洋的减缓和适应行动得到前所未有的关注,有望被纳入国家温室气体清单,成为未来气候变化应对的又一重要措施。尽管海洋碳汇展现出了广阔的应用前景,但从理念到行动还面临不少挑战。

和陆地碳汇相比,我们对海洋碳汇的储量、速率、过程机制和功能缺乏足够的了解,尚未建立起专门的观测和评估体系,难以做到“可衡量、可报告、可核查”。因此,需要加强科学研究和监测,建立健全海洋碳汇的核算体系,形成系统的海洋碳汇核查理论、监测指标和评估方法。通过科学进步,凝聚更为广泛的国际共识。我国海洋资源具有得天独厚的区位优势,海洋和海岸带生态系统丰富多样。然而,几十年来,受到富营养化、填海造陆、沿海开发等人类活动的影响,我国海洋和海岸带生态系统遭到严重破坏。

与20世纪50年代相比,我国红树林面积丧失了60%,珊瑚礁面积减少了80%,海草床绝大部分消失。“皮之不存,毛将焉附”,固碳能力自然也无从谈起。增加海洋碳汇首先在于海洋生态系统的恢复,从某种意义上讲,保护海洋就是最有效的固碳方式。近年来,渔业碳汇逐渐进入人们的视野,其原理是通过渔业生产活动促进水生生物吸收水体中的二氧化碳,并通过收获把这些碳移出水体,达到负排放的功效。

我国是海水养殖大国,养殖面积和产量均居世界首位。随着现代立体养殖、深远海养殖等关键技术的突破,广阔海域具有了巨大的空间潜力。通过筛选高效良种,构建增汇模式,蓝碳产业未来可期。

海洋碳汇是一个系统工程,既取决于产学研各界的共同努力,也离不开相关政策法规的配套支撑。我国前期探索值得称道,后续应加强群策群力,尽早形成中国方案,充分激发海洋碳汇的价值和潜力,为兑现我国碳中和承诺不断努力实践,从而彰显负责任大国担当。

3. 海洋生态系统碳汇

珊瑚礁是生产力水平最高,同时也是最脆弱的海洋生态系统之一。由气候变化及人类活动导致的珊瑚礁全球衰退,已经影响到珊瑚礁的钙化和碳循环过程,也加大了长期悬而未决的珊瑚礁二氧化碳“源-汇”争议。尽管珊瑚礁的钙化过程伴随 CO2 释放,但考虑到珊瑚礁生态系统内部复杂的生物地球化学过程,以及造礁珊瑚特殊的混合营养特性,其作为碳汇功能的属性也不容忽视。

珊瑚礁是生物多样性最高的海洋生态系统,在全球尺度上预计每年可固定 9 亿吨碳。海洋中来自珊瑚礁的初级生产力高达 300—5 000 g C·m-2·a-1,而非珊瑚礁系统只贡献 50—600 g C·m-2·a-1。虽然珊瑚礁潜在的碳汇功能早已被发现,但由于其钙化过程伴随 CO2 释放,珊瑚礁在很长时间一直被定义为碳源属性。

目前,珊瑚礁的碳源/碳汇属性仍然存在争议,还没有被纳入以滨海湿地生态系统(如红树林、盐沼、海草床等)为代表的海岸带蓝碳收支中。因此,厘清珊瑚礁生态系统的“源-汇”机制、探索将珊瑚礁由碳源向碳汇转变的生态调控方式和途径,是当前最为紧迫的珊瑚礁生态修复之举,也是服务好国家碳中和目标与绿色发展战略的应有之义。

4. 海水中的碳循环

你好自然界碳循环的基本过程如下:大气中的二氧化碳(CO2)被陆地和海洋中的植物吸收,然后通过生物或地质过程以及人类活动,又以二氧化碳的形式返回大气中。自然界中碳的分布、碳的流动和交换见表1和表2。有机体和大气之间的碳循环  绿色植物从空气中获得二氧化碳,经过光合作用转化为葡萄糖,再综合成为植物体的碳化合物,经过食物链的传递,成为动物体的碳化合物。植物和动物的呼吸作用把摄入体内的一部分碳转化为二氧化碳释放入大气,另一部分则构成生物的机体或在机体内贮存。动、植物死后,残体中的碳,通过微生物的分解作用也成为二氧化碳而最终排入大气。大气中的二氧化碳这样循环一次约需20年。   一部分(约千分之一)动、植物残体在被分解之前即被沉积物所掩埋而成为有机沉积物。这些沉积物经过悠长的年代,在热能和压力作用下转变成矿物燃料──煤、石油和天然气等。当它们在风化过程中或作为燃料燃烧时,其中的碳氧化成为二氧化碳排入大气。人类消耗大量矿物燃料对碳循环发生重大影响。   大气和海洋之间的二氧化碳交换  二氧化碳可由大气进入海水,也可由海水进入大气。这种交换发生在气和水的界面处,由于风和波浪的作用而加强。这两个方向流动的二氧化碳量大致相等,大气中二氧化碳量增多或减少,海洋吸收的二氧化碳量也随之增多或减少。   碳质岩石的形成和分解  大气中的二氧化碳溶解在雨水和地下水中成为碳酸,碳酸能把石灰岩变为可溶态的重碳酸盐,并被河流输送到海洋中。海水中的碳酸盐和重碳酸盐含量是饱和的,接纳新输入的碳酸盐,便有等量的碳酸盐沉积下来。通过不同的成岩过程,又形成为石灰岩、白云石和碳质页岩。在化学和物理作用(风化)下,这些岩石被破坏,所含的碳又以二氧化碳的形式释放入大气中。火山爆发也可使一部分有机碳和碳酸盐中的碳再次加入碳的循环。碳质岩石的破坏,在短时期内对循环的影响虽不大,但对几百万年中碳量的平衡却是重要的。   人类活动的干预  人类燃烧矿物燃料以获得能量时,产生大量的二氧化碳。从1949年到1969年,由于燃烧矿物燃料以及其他工业活动,二氧化碳的生成量估计每年增加 4.8%。其结果是大气中二氧化碳浓度升高。这样就破坏了自然界原有的平衡,可能导致气候异常。矿物燃料燃烧生成并排入大气的二氧化碳有一小部分可被海水溶解,但海水中溶解态二氧化碳的增加又会引起海水中酸碱平衡和碳酸盐溶解平衡的变化。   矿物燃料的不完全燃烧会产生少量的一氧化碳。自然过程也会产生一氧化碳。一氧化碳在大气中存留时间很短,主要是被土壤中的微生物所吸收,也可通过一系列化学或光化学反应转化为二氧化碳。

5. 海洋在全球碳循环中的作用

海上内循环的作用是维护全球水平衡; 使海洋水资源也得到更新; 把大气水和海洋水联系在一起 .

6. 海洋碳循环过程示意图

海洋里的水是不会干涸的海水总是在不断地循环。蒸发的水变成水蒸气升至空中,水汽在上升过程中,因周围气压逐渐降低,体积膨胀,温度降低而逐渐变为细小的水滴或冰晶飘浮在空中形成云。当云滴增大至一定程度而不被蒸发掉时才能形成降水。水汽分子由于不断在云滴表面上凝聚,使得云滴不断凝结而增大。最后增大为雨滴,降落至海洋里。

落到地面上的雨水除了一部分蒸发变成水蒸气返回大气,一邵分下渗到土壤成为地下水,冲沟、其余的水沿着抖坡形成漫流,通过溪涧注入河流,最后又回到海洋。

7. 海洋在碳循环中扮演什么角色

海洋环境化学,研究海洋及相关环境中和环境质量密切关系的物质,特别是化学污染物的来源、迁移、分布、反应、转化、效应、归宿以及人类活动对这些过程可能发生的作用和影响。是海洋化学的一个分支学科,又是环境科学的一个重要组成部分。

8. 海洋中的碳循环过程

海洋水有两种循环方式:

1)海陆间循环:循环过程是,海水蒸发到空中变成水汽,被大气带到陆地上空,凝结降水达到地面,地面汇集进入江河,或下渗形成地下水,最后经江河或地下水进入河湖共同流入海洋,完成了海陆大循环。

2)海上内循环:海水蒸发到海面上空,凝结形成降水又降落到海面上,形成海上内循环。

9. 海洋碳循环过程中能将太阳能转化为化学能

海水直接电解制氢是一种利用海水中的水分进行电解,通过电解反应将水分分解为氢和氧的技术。它的原理如下:

1. 海水中含有许多杂质和离子,其中最主要的是 Na+ 和 Cl- 离子。电解海水时需要采用导电性能良好的电极材料,这通常是金属或碳材料。

2. 通过施加电流,电解反应会发生在电极表面。电流通过海水中的离子,使得正极(即阳极)上的 Cl- 离子被氧化,产生氯气;而负极(即阴极)上的 Na+ 离子则被还原,产生氢气和氢氧化钠(NaOH)。

3. 由于电解反应是在海水中发生的,所以海水的成分对电解过程有很大的影响。首先,海水中的含盐量越高,电解所需的电能就越大。其次,海水中的离子含量也会对电解反应速率和产生的氢气质量产生影响。

需要注意的是,海水直接电解制氢技术目前仍处于实验室阶段,存在一些技术挑战和经济限制,如电极材料的使用寿命、电解过程中的能源耗费等问题。但是,如果能够克服这些挑战,这种技术有望成为一种可持续发展的能源解决方案,因为海水资源在全球范围内非常丰富。

10. 海洋生态系统碳循环过程

碳循环发生在地球上的各种生物和环境之间。这个循环是生物群落和生态系统存在的一个重要部分,它决定了碳的净流动和生物和其他组分在空气、水和土壤之间的相互作用。碳循环中包含的比例因环境而异,但总体而言,碳是在植物、海洋生物、细菌和土壤中循环的。

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