麻省理工学院朱棣文教授 沉积物捕集器样本的首批照片之一显示了构成下沉的“海洋雪”的颗粒、聚合体和贝壳
“信用:伍兹霍尔海洋研究所 海洋的“生物泵”描述了许多海洋过程，这些过程从大气中吸收二氧化碳，并将其输送到海洋深处，在那里二氧化碳可以被隔离几个世纪
这个海洋泵是大气二氧化碳的强大调节器，也是任何全球气候预测的重要组成部分
但是麻省理工学院的一项新研究指出，生物泵在当今气候模型中的表现方式存在很大的不确定性
研究人员发现，用于计算泵强度的“黄金标准”方程的误差比以前想象的要大，而且预测海洋将向不同深度泵入多少大气碳的误差可能为百万分之十到十五
鉴于目前世界每年向大气排放二氧化碳的速度约为2
该团队估计，新的不确定性转化为气候目标预测中大约五年的误差
“如果我们想保持在1以内，这个较大的误差线可能很关键
麻省理工学院地球、大气和行星科学系的研究科学家乔纳森·劳德代尔说
“如果目前的模型预测我们在2040年之前可以减少碳排放，我们正在扩大这方面的不确定性，也就是说，也许我们现在可以在2035年之前减少碳排放，这可能是一件大事
" 劳德代尔和前麻省理工学院研究生B
B
凯尔现在在美国南安普敦的国家海洋学中心
K
，今天在《地球物理研究快报》杂志上发表了他们的研究
雪曲线 有助于海洋生物泵的海洋过程始于浮游植物，这是一种在生长过程中从大气中吸收二氧化碳的微生物
当它们死亡时，浮游植物作为“海洋雪”集体沉入水柱，携带着这些碳
劳德代尔说:“这些粒子像白色片状雪一样落下来，这些雪都是从海洋表面落下来的死东西。”
在不同的深度，颗粒被微生物消耗，微生物将颗粒中的有机碳转化，并以无机矿物的形式将其吸入深海，这一过程被称为再矿化
20世纪80年代，研究人员在整个热带太平洋的不同位置和深度收集海洋积雪
根据这些观察，他们产生了一个简单的幂律数学关系——马丁曲线，以团队成员约翰·马丁的名字命名——来描述生物泵的强度，以及海洋在不同深度可以再矿化和螯合多少碳
劳德代尔说:“马丁曲线无处不在，它确实是(当今许多气候模型中使用的)黄金标准。”
但在2018年，卡埃尔和合著者凯尔西·比斯森指出，用来解释马丁曲线的幂律并不是唯一能够拟合观测结果的方程
幂律是一个简单的数学关系，假设粒子随着深度下降得更快
但是卡埃尔发现，其他几个数学关系也可以解释这些数据，每个数学关系都基于海洋雪下沉和再矿化的不同机制
例如，一个替代方案假设无论深度如何，粒子的下落速度都是相同的，而另一个方案则假设带有较重、消耗较少的浮游植物外壳的粒子比没有外壳的粒子下落得更快
“他发现你无法分辨哪条曲线是正确的，这有点令人不安，因为每条曲线背后都有不同的机制，”劳德代尔说
“换句话说，研究人员可能使用‘错误’函数来预测生物泵的强度
这些差异可能会滚雪球，影响气候预测
" 曲线，重新考虑 在这项新的研究中，劳德代尔和凯尔观察了如果他们改变生物泵的数学描述，对海洋深处储存的碳的估计会有多大的不同
他们从卡埃尔以前研究过的相同的六个可选方程或再矿化曲线开始
研究小组观察了气候模型对大气二氧化碳的预测，如果它们是基于六种选择中的任何一种，与马丁曲线的幂律相比，会有怎样的变化
为了使比较在统计上尽可能相似，他们首先将每个备选方程拟合到马丁曲线
马丁曲线描述了海洋中不同深度的海洋积雪量
研究人员将曲线上的数据点输入到每个备选方程中
然后，他们通过大气环流模型(一种模拟大气和海洋之间二氧化碳流量的大气环流模型)来运行每个方程
该团队及时将气候模型向前推进，以观察生物泵的每一个替代方程如何改变模型对大气中二氧化碳的估计，并与马丁曲线的幂定律进行比较
他们发现，海洋能够从大气中吸收和隔离的碳量差异很大，这取决于他们使用的生物泵的数学描述
劳德代尔说:“令人惊讶的是，由于不同的储量，再矿化量或海洋积雪量的微小变化都会导致大气二氧化碳的显著变化。”
结果表明，海洋的抽水强度以及控制海洋降雪速度的过程仍然是一个未决问题
劳德代尔补充说:“我们肯定需要对海洋积雪进行更多的测量，以打破正在发生的事情背后的机制。”
“因为可能所有这些过程都是相关的，但我们真的想知道是什么在推动碳封存
"
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