微型生物在海洋中随处可见，是海洋微型生物碳泵（MCP）的主要贡献者，能够显著地影响地球系统的碳循环。这些细至1微米的单细胞生物，在所谓的海洋“固碳”过程中扮演着重要角色。在这个过程中，微型生物把浮游植物生产的易降解有机碳分解，转化为周转时间可达数千年的难降解有机碳，最终起到固定和储存大气二氧化碳的作用。因此，MCP过程被称为巨大碳库的幕后推手。
然而，MCP过程尚有很多谜团未被解开。其中，人们尚未对MCP过程在区域海洋的分布进行模拟，特别是尚未使用复杂的三维海洋动力模型进行模拟。最近，最近一项发表于《中国科学：地球科学》的研究，题为《模拟“微型生物碳泵”对南海储碳的贡献》，尝试解决这一科学问题。在973项目“海洋微型生物碳泵储碳过程与机制研究”的主要支持下，来自厦门大学、美国特拉华大学和福州大学的交叉学科团队一道完成了这项工作。
在该研究中，团队采用国际上广泛认可的区域海洋模型，模型能够模拟海洋物理和生态系统动力过程。通过进一步开发，MCP过程被加入到生态系统当中，以模拟MCP的时空分布，并对南海中的MCP特征进行刻画和探讨。研究估计，在南海MCP的储碳率约占传统的生物泵1/6。
此外，采用这种模型系统的其中一个优势在于，只要给定合适的环境变化因子，就能够对海洋过程未来的变化进行预测。在该研究中，采用未来海表温度比当前温度增加2摄氏度或4摄氏度作为假想情景，发现在全球增暖的条件下，MCP的作用将会进一步凸显。主要原因是在增暖场景下，因海洋层化加强，海洋表层的营养盐供给减少，生态系统生产力降低。硅藻等对此较为敏感，受到影响较大；而超微型浮游生物受到影响较小，反而有利于MCP过程。增暖2度场景下，MCP储碳略有下降；而在增暖4度的场景下，MCP储碳率与生物泵储碳相比，提升了约2%。考虑到微生物食物环的精巧平衡，以及MCP产物具有长达数千年的周转时间，这一比例可能意味着深远的影响。该结论甚至为利用MCP进行地球工程的储碳潜力提供了一定程度上的依据。当然，在人为地利用工程手段改变地球系统之前，对于MCP这一地球系统碳循环的重要过程应该有更为深入的研究。
文章的第一作者卢文芳博士评述道，根据审稿专家的意见，该研究第一次对区域海洋的MCP过程进行模拟，是一项及时且具有代表性的工作。虽然该模型仍然具有很大的改善空间，但我们可以从中认识到调控MCP时空分布的环境因子，初步分析MCP对这些因子变化的可能响应，这些为未来的MCP模型研究提供了参考的基础。
该研究得到国家重点基础研究发展计划(2013CB955704)和国家海洋局全球变化与海气相互作用专项(GASI-03-01-02-05, GASI-IPOVAI-01-04)的主要资助。此外还得到国家自然科学基金(批准号: 41630963, 41476007和41476005)的资助。
详情请阅原文： 卢文芳, 罗亚威, 严晓海, 江毓武. 2018. 模拟“微型生物碳泵”对南海储碳的贡献. 中国科学: 地球科学, 48, doi: 10.1360/N072018-00063 http://engine.scichina.com/publisher/scp/journal/SSTe/doi/10.1360/N072018-00063
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Science China Earth Sciences