新研究揭示了海洋铁肥化的潜在益处和后果 - 海洋生态模型

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新研究揭示了海洋铁肥化的潜在益处和后果

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南美洲南部的巴塔哥尼亚地区，2010年的卫星图像显示了一片巨大的浮游植物大量繁殖分布，它可能是因为海洋铁肥化引发的，有助于从大气中去除二氧化碳。

图片来源：NASA地球观测站

除了大规模减少持续排放，清除大气中过量二氧化碳是防止气候变化最严重后果的需要。大规模海洋铁肥化是几种可能有助于清除二氧化碳的策略之一，但大洋科学大伯洞实验室的一位研究人员和同事本周在《全球变化生物学》杂志上发表的最新研究表明，它可能也会对遥远海洋的生态系统产生负面影响。

通过使用先进的海洋生物地球化学和生态模型，研究团队展示了南大洋中的铁肥化可能加剧气候变化驱动的营养物短缺和生产力损失，潜在危害许多人依赖的沿海渔业。这些发现既说明了海洋的相互关联性，又说明了有关海洋二氧化碳清除的相对优势和意外后果需要更客观的研究。

该研究的共同首席作者、大洋科学大伯洞实验室的高级研究科学家Ben Twining表示:“这些建模实验表明，不仅需要了解海洋二氧化碳清除策略对碳循环的影响，还需要了解生态学和‘下游’影响，包括未来几十年甚至数千英里外的影响。”

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海洋是地球上最大的二氧化碳吸收器。因此，清除二氧化碳的计划越来越多地专注于基于海洋的策略，如铁肥化。基本的想法是在海洋的某些区域（如受铁限制的南大洋）添加有价值的微量营养物，这将通过让其他营养物得到更消耗来刺激初级生产力，增强浮游植物在水表面吸收的二氧化碳量，并在它们死亡时沉积到海底。

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支持海洋铁肥化的人指出，该解决方案不需要土地或淡水，并且可以比其他策略更快地实施。过去的建模努力也表明，铁肥化确实可以减少大气中的碳。

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然而，早期研究还表明，施肥可能加剧了“营养劫掠”这一过程，因为它妨碍了从铁限制区域向相邻区域提供重要营养物的供应，进而减少了热带地区的海洋生物和生产力。

除此之外，美国国家科学院在2021年的一份报告中指出，目前关于如何与其他气候变化驱动的海洋过程变化相互作用的永久二氧化碳清除方法如施肥的知识基础是不充分的。

为了弥补一些这些知识空白，本研究的作者们扩展了先前的建模工作，结合了最近关于浮游植物如何利用铁等微量营养物的研究以及对气候变化和渔业影响的额外考虑。

Twining表示:“我们工作的一个新方面是将海洋铁肥化与气候变化结合起来。”他说:“我们还将我们的结果与渔业模型联系起来，以便以更容易让人理解的方式来表达预测的生产力变化。”

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他们的结果显示，由于大规模的铁肥化，热带地区的鱼类和海洋物种生物量减少了5%。这还不包括由于气候变化导致海洋温度层化、表面营养物质匮乏而预期的15%生物量减少。

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研究的共同首席作者、利物浦大学的亚历山德罗·塔利亚布表示:“值得注意的是，海洋铁肥化对营养物质水平的‘指纹’与气候变化预期相似。”他说:“这给检测和监测施肥的任何负面影响带来了重大障碍。”

模型显示，2005年至2100年间，铁肥化可能从海洋表面去除4500亿吨的二氧化碳。但作者强调，每年去除500亿吨虽然并非微不足道，但与当前的碳排放速度以及实现应对气候目标所需的减排量相比，非常有限。

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Twining补充道:“关于二氧化碳去除的大部分讨论只关注碳的部分。”他说:“但很明显，我们需要评估的不仅是碳方面，还有其他生态系统效应，这是一个相互关联的系统。”

该研究的细致结果凸显了客观和严谨地研究海洋铁肥化的相对优点和潜在危害的重要性。它还显示了能够涵盖广阔空间和时间尺度的建模努力的价值。

Twining表示，在未来几年中大规模扩大这些研究工作至关重要，以便在解决紧急的气候威胁时对这些策略做出明智的决策。未来的研究应继续改进现有模型，因为科学家对碳、铁和其他营养物在海洋中行为的理解不断进化。

Twining说:“我们在计划和开发二氧化碳清除方法的过程中正处于一个关键时刻。”他说:“严谨、同行评议且专门设计的研究和实验将对评估所有可能的方法至关重要。”

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