海洋在从大气中捕获二氧化碳方面发挥着关键作用。
全球约25%的二氧化碳排放被海洋吸收，使其成为世界上最大的“碳汇”之一。
然而，新的证据表明，这一比例可能还要更高。
海洋覆盖了地球表面超过70%的面积，在从大气中吸收二氧化碳方面发挥着至关重要的作用。
据估计，人类活动每年产生的二氧化碳排放中，约有四分之一被海洋吸收。
然而，在我们近期发表的《自然·通讯》（Nature Communications）论文中，我们表明海洋碳“汇”可能还要更大。
我们发现，海洋表层的温度通常明显低于几米深处的水温，因此海洋的净吸收量可能远高于此前的估计。
我们的研究结果对二氧化碳排放的核算具有启示意义，即：每年被“自然”碳汇吸收的大部分二氧化碳，究竟去了哪里？
净碳汇
每年，地球表面都会从大气中吸收数十亿吨二氧化碳。这些自然碳汇（包括海洋、植物和土壤）有助于缓冲人类活动持续产生的排放。
随着大气中二氧化碳浓度上升，更多的二氧化碳会溶解于表层海水中，因此海洋从大气中吸收二氧化碳。随后，这些海水可能会向下混合，或因冷却而下沉至深海。被吸收的二氧化碳可能会被封存数百年，同时缓慢地穿过深层海洋内部，最终重新回到大气中。
但海洋并非一直都是碳汇。
在工业时代之前，海洋实际上是二氧化碳的净排放源。然而，由人类活动排放所导致的大气二氧化碳浓度上升，正迫使海洋如今吸收这种气体。
海洋捕获和储存碳的能力有助于减缓大气中二氧化碳的积累，从而减缓全球变暖的速度，但这也是有代价的。海洋中二氧化碳含量的增加会改变海水的化学性质，这种现象被称为海洋酸化，并对海洋生物产生负面影响。
新的观测结果
每年，都会对全球碳预算进行评估，以追踪人类在减少温室气体排放方面取得的进展是否有效。
该评估需要计算全球二氧化碳的排放源和汇，并确定大气中二氧化碳浓度的变化。
要完成这一评估，显然需要估算海洋碳汇，而海洋碳汇的重要性还会对整体预算的其他部分产生连带影响。
陆地覆盖、植被、地形及其逐年变化存在巨大差异，因此目前很难准确测量全球陆地碳汇的总量。解决这一问题既复杂又困难。不过，可以通过间接方式进行估算。
科学家可以计算人类活动产生的二氧化碳排放总量，并观测其中有多少留在大气中。其余部分必定已被陆地或海洋吸收。因此，对海洋碳汇的良好估算也能计算出陆地植被吸收了多少二氧化碳。简而言之，未进入海洋的“失踪”二氧化碳，必定进入了陆地。
尽管如此，要量化广阔海洋所吸收的碳仍是一个复杂的问题。虽然与陆地相比，海洋的变化较小，但这一问题依然需要借助船舶、浮标乃至卫星等多种来源的测量与观测数据。
值得庆幸的是，欧洲和国际协议已使卫星测量数据广泛向科学家开放，获取这些数据如今变得容易得多。
此类卫星用途广泛，包括海洋天气预报，因此得到了良好的维护。而测量海水中二氧化碳含量的情况则略有不同：这些测量数据由研究人员采集，随后自愿汇总至表层海洋二氧化碳图集（SOCAT）。
这些数据与其他观测数据一道，构成了我们确定海洋碳汇的关键基础。每年都有超过一百万条新的测量数据被添加至SOCAT，这是全球科学家共同付出的艰巨努力。
海洋学家与化学家的协作
此前的估计认为，海洋碳汇每年约为20亿吨二氧化碳，而我们的研究发现，这一数值可能要多出8亿至9亿吨。在1992至2018年这27年的整个研究期间，这意味着全球海洋吸收的二氧化碳总量为670亿吨，而非430亿吨。
这一认识上的进展得益于我们与海温、物理海洋学和卫星领域专家的密切合作。他们解释说，卫星传感器测量的是海洋最表层的温度，而温度的垂直变化恰恰发生在表层附近。
这意味着，海水最表层的温度（即其“表皮”）略低于下方海水的温度。原因在于，海洋受阳光加热，必须通过蒸发和表皮辐射来散发这部分热量。我们由此意识到，海水中的二氧化碳在表层附近也会随之变化，因为二氧化碳在水中的溶解度高度依赖于温度。
尽管温差通常很小，但在全球大部分海洋中，它始终朝同一方向变化，从而导致更多的二氧化碳进入海水。
这些温度特性在海洋学中已有深入研究，相关理论也在本科课程中讲授，但此前没有人阐明其对碳的全部影响。
具有讽刺意味的是，海洋碳研究人员曾在1992年于《自然》期刊上部分指出过这一问题，但此后所有相关信息都被忽视了。
我们此前的研究工作仅聚焦于2010年，而本次研究则覆盖1992至2018年，并将所有这些跨学科知识整合在一起。我们的新研究表明，其结果与一种用于计算海洋吸收碳量的独立方法所得结果相吻合。
海洋碳汇增大的影响
海洋碳汇增大可能意味着二氧化碳排放量比当前认为的更大，或陆地碳汇比我们目前认为的更小。
海洋碳汇似乎随时间不断增加，尤其是在过去20年间。我们认为，这是因为大气中的二氧化碳持续快速上升，每年都有更多二氧化碳溶解于表层海水中。
您可以在下方图表中看到这一点，图表展示了整个研究期间全球（上图）以及北半球和南半球（下图）海洋与大气之间的二氧化碳交换情况。彩色线条代表不同的估算结果，而粗黑线则代表平均值。
按照惯例，海洋对二氧化碳的吸收以负值表示，因此下降的线条表明海洋正在吸收更多的二氧化碳。
我们的研究结果还可能意味着，海洋与陆地之间的碳交换（包括亚马逊河等大河所带来的碳）——我们目前认为其逐年变化相对相似——实际上变化更大。
这一答案很难确定，但很可能需要采用跨学科方法，涉及建模、卫星和船基科学家的共同参与。要纳入这些新结果，也很可能需要对我们量化全球碳预算的方式进行一定修订。
