一项新研究表明，到2075年，海洋可能成为破坏臭氧层的氯氟烃的排放源。
目前，海洋从大气中吸收氯氟烃或CFC，并将其封存数百年之久。
但不久之后，海洋可能会逆转其长期以来作为这些化学物质汇的角色，从而进一步加剧气候危机。
世界海洋是包括破坏臭氧层的氯氟烃（CFC）在内多种气体的巨大储存库。海洋从大气中吸收这些气体，并将其带入深海，在那里它们可被封存数百年甚至更久。
海洋中的氯氟烃长期以来被用作研究洋流的示踪剂，但人们曾认为其对大气浓度的影响可以忽略不计。如今，麻省理工学院的研究人员发现，至少一种名为CFC-11的氯氟烃的海洋通量确实会影响大气浓度。在今天发表于《美国国家科学院院刊》的一项研究中，《美国国家科学院院刊》，研究团队报告称，全球海洋将逆转其长期以来作为这种强效破坏臭氧层化学物质汇的角色。
研究人员预测，到2075年，海洋向大气排放的CFC-11将多于其吸收的量，并将于2130年前后排放可探测量的该化学物质。此外，随着气候变化加剧，这一转变将提前10年发生。海洋排放的CFC-11将有效延长该化学物质的平均停留时间，使其在大气中的滞留时间比原本长五年。这可能会影响未来对CFC-11排放量的估算。
这些新结果可能有助于科学家和政策制定者更准确地确定该化学物质未来的来源。该化学物质目前已根据《蒙特利尔议定书》在全球范围内被禁止使用。
“到22世纪上半叶，从海洋中释放出的通量将足够大，以至于看起来像是有人在违反《蒙特利尔议定书》，但实际上可能只是海洋释放的物质，”参与该研究的合著者、麻省理工学院地球、大气与行星科学系环境研究李与杰拉尔丁·马丁教授苏珊·所罗门（Susan Solomon）说道，“这是一个有趣的预测，希望能帮助未来的研究人员避免对正在发生的事情感到困惑。”
所罗门的合著者包括第一作者王佩东（Peidong Wang），以及来自麻省理工学院的杰弗里·斯科特（Jeffery Scott）、约翰·马歇尔（John Marshall）、安德鲁·巴宾（Andrew Babbin）、梅根·利克利（Megan Lickley）和罗纳德·普林（Ronald Prinn）；科罗拉多州立大学的大卫·汤普森（David Thompson）；加利福尼亚大学圣芭芭拉分校的蒂莫西·德弗里斯（Timothy DeVries）；以及美国国家航空航天局戈达德太空飞行中心的梁清（Qing Liang）。
过饱和的海洋
CFC-11是一种氯氟烃，曾广泛用于制造制冷剂和隔热泡沫。该化学物质释放到大气后，会引发连锁反应，最终破坏臭氧层。臭氧层是保护地球免受有害紫外线辐射的大气层。自2010年起，根据旨在恢复和保护臭氧层的全球性条约《蒙特利尔议定书》，该化学物质的生产和使用已在全球范围内逐步淘汰。
自淘汰以来，大气中CFC-11的含量一直在稳步下降，科学家估计，海洋已吸收了所有人为排放的CFC-11中约5%至10%。然而，随着该化学物质在大气中的浓度继续下降，据预测，CFC-11将在海洋中过饱和，从而使海洋由汇转变为源。
“一段时间以来，人类排放量如此之大，以至于进入海洋的部分被认为可以忽略不计，”所罗门说，“如今，当我们努力减少人类排放时，我们发现已无法完全忽视海洋的作用。”
逐渐减弱的储库
在其新论文中，麻省理工学院的研究团队试图确定海洋何时会成为该化学物质的排放源，以及海洋对大气中CFC-11浓度的贡献程度。他们还试图了解气候变化将如何影响海洋未来吸收该化学物质的能力。
研究人员采用了一套分层模型，以模拟海洋与大气内部及彼此之间的混合过程。他们首先建立了一个简单模型，包括大气以及北半球和南半球海洋的上层与下层。随后，他们将过去多年报告的人为CFC-11排放量加入该模型，并使模型从1930年向前运行至2300年，以观察该化学物质在海洋与大气之间的通量变化。
随后，他们用麻省理工学院的通用环流模型（MITgcm）替换了该简单模型中的海洋层。MITgcm是一种更为复杂的海洋动力学表示方法。研究人员在相同时间段内对CFC-11进行了类似的模拟。
两种模型得出的截至当今的大气CFC-11水平均与实测记录相吻合，这使研究团队对其方法充满信心。在观察模型的未来预测时，他们发现，大约从2075年开始，海洋排放的该化学物质将多于其吸收的量。到2145年，海洋排放的CFC-11量将达到目前监测标准可探测的水平。
20世纪海洋的吸收以及未来的释放，也会影响该化学物质在大气中的有效停留时间：在吸收阶段将其缩短数年，到2200年底则最多延长5年。
气候变化将加速这一进程。研究团队利用模型模拟了到2100年全球变暖约5摄氏度的未来情景，发现气候变化将使海洋向排放源转变的时间提前10年，并于2140年出现可探测水平的CFC-11。
“一般而言，较冷的海洋会吸收更多的氯氟烃，”王佩东解释道，“气候变化使海洋变暖后，它作为储库的能力会减弱，释放速度也会略微加快。”
“即使没有气候变化，随着氯氟烃在大气中分解，最终海洋相对于大气会积累过多的该物质，并将其释放出来，”所罗门补充道，“我们认为，气候变化会使这一过程发生得更早。但这种转换并不依赖于气候变化。”
他们的模拟结果显示，海洋的这种转变在北半球会稍快发生。在北半球，大尺度海洋环流模式预计将减缓，使更多气体滞留在浅层海洋中，并逸散回大气。然而，要了解海洋逆转的确切驱动因素，还需要更为详细的模型，研究人员计划对此进行探索。
“下一步的一些工作将是使用更高分辨率的模型，并聚焦于变化模式，”斯科特说，“目前，我们已经提出了一些重要的新问题，并让人们对可能出现的情况有了初步了解。”
这项研究部分得到了VoLo基金会、西蒙斯基金会和美国国家科学基金会的支持。
