海洋的碳吸收正在逼近极限吗｜吸收二氧化碳的三大泵与减弱的迹象

海洋是地球上最大的碳汇——它究竟吸收了多少

「海洋在吸收二氧化碳」这件事，多数人多少听说过。但能用具体数字说出其规模的人并不多。我们就从这里开始。

自工业革命以来，海洋承担了人类排放量的约四分之一

IPCC（政府间气候变化专门委员会）第六次评估报告估计，2010年代人类活动排放的二氧化碳中，约23%被海洋吸收。若按工业革命以来的累计量计算，也大约有四分之一进入了海洋。此外，气候系统中积累的多余热量，也有约91%由海洋承担。

这里有一点很重要：海洋吸收的二氧化碳并没有消失。它只是从大气转移到了海洋，地球上碳的总量并未改变。进入海洋之后，它会改变海水的化学性质，以酸化这种另一种形式的负担返回。海洋并没有解决问题，只是替我们把付款推迟了。

用数字看海洋的吸收量

根据日本气象厅的《海洋健康诊断表》，全球海洋的二氧化碳吸收量在1990至2024年的平均值为每年21±9亿吨碳。此外，河流每年向海洋净输入6亿吨碳，因此换算成海洋从大气中取走的量，约为每年27亿吨碳。而2010年代人为二氧化碳排放量年均约109亿吨碳。简单相除即可知，约四分之一由海洋承接。

在国际研究团队每年发布的《全球碳预算》2025年版中，基于新的观测与对过程理解的改进，海洋吸收的估算值被上调，认为过去十年间海洋吸收了全部排放量的29%。同期陆地吸收为21%，因此海洋碳汇比陆地碳汇大约15%。数字在不同报告间变动，与其说是「某一方错了」，不如说是科学分辨率不断提高的过程。

在不同海域，方向是相反的

「海洋在吸收」说的是把全球加总起来的收支。实际上，在某些海域二氧化碳进入海洋，在另一些海域则从海洋逸出到大气。寒冷的高纬度海域水温低、二氧化碳易溶，因而成为强吸收区；而赤道附近的上升流区，因富含碳的深层水涌升至表层，反而成为释放区。北大西洋亚寒带与南大洋，是全球尺度上最重要的吸收现场。

这种「各海域的方向」并非固定不变，会随水温、风与洋流的变化而逐年波动。当某一年全球吸收量下降时，要查明原因就必须拆解开来看「哪个海域发生了什么」。后文介绍的2023年异常，正是通过这种拆解才看清真相的例子。

把二氧化碳吸入海洋的三大泵

海洋摄取二氧化碳并使其远离大气的机制，大致可归纳为三种「泵」：物理的泵、生物的泵，以及石灰质的泵。它们运作的场所与时间尺度各不相同，减弱的方式也不一样。

溶解泵：冰冷的海水把二氧化碳带往深海

把碳酸饮料冰着，气泡不易跑掉；一旦变温，气泡就猛烈冒出——这一日常经验本身就是溶解泵的原理。水温越低，二氧化碳越容易溶解。因此北大西洋与南大洋这类寒冷的高纬度海域，能大量吸收大气中的二氧化碳。

而且高纬度的海水既寒冷，又因海冰形成时排出盐分而变重。变重的海水会下沉至深层，连同溶入其中的二氧化碳一起被带往深海。这些深层水会花上数百年到一千年以上，缓慢环绕世界大洋，最终在某处重新回到表层。也就是说，被溶解泵送往深海的碳，会在远超人的一生的时间里与大气隔绝。

生物泵：海雪把碳沉入深海

在海洋表层，浮游植物进行光合作用，把二氧化碳转化为有机物。其中一部分被摄食，一部分则化作尸骸与粪粒，变成白色的颗粒缓缓沉向深海。这就是被称为「海雪」的现象，扮演着把碳从表层运往深层的传送带角色。

关于生物泵的总量，研究仍在推进。过去估计约为每年130亿吨碳，但JAMSTEC（海洋研究开发机构）等团队采用从海水中氧的变动推算碳变动的方法评估了全海洋，得出每年约74亿吨碳这一比以往更小的数值。数字下调并不意味着生物泵的重要性降低，同一研究也表明它在高纬度海域与热带海域尤其关键。浮游植物据说还制造了地球上约一半的氧气，作为碳循环的入口同样具有决定性作用。

碳酸盐泵：由贝壳构成的、稍显复杂的路径

第三种路径，是颗石藻、有孔虫与贝类等生物形成碳酸钙（CaCO3）外壳，沉降后堆积于海底。从长时间尺度看，这是把碳固定为岩石的重要作用；但制造外壳的化学反应本身，在发生的那一刻反而会增加表层海水中的二氧化碳。也就是说，碳酸盐泵在短期内与其说是帮助吸收，不如说是一个需要扣减的复杂存在。

而且随着后文所述的海洋酸化推进，制造外壳这件事本身也会变得困难。对生物而言这是打击，但若只从碳循环的角度看，它也朝着减少表层二氧化碳释放的方向作用。海洋的碳循环并不遵循「只要发生坏事，吸收就一律减少」这样的简单图式，正因如此，才需要仔细审视数字。

吸收并非无限——导致饱和的四道刹车

接下来进入正题。海洋的吸收能力存在明确的物理与化学上限。而麻烦的是，这些刹车中的多数，都会随着变暖推进而踩得更紧。

刹车一：化学缓冲能力的下降（雷维尔因子）

海水并不是单纯地把二氧化碳溶进水里。溶解的二氧化碳与水反应生成碳酸，进而转变为碳酸氢根离子与碳酸根离子。正因这一连串化学平衡起到「缓冲」作用，海洋才能溶入远多于淡水的二氧化碳。如果海洋是淡水，吸收如此巨量的二氧化碳根本无从谈起。

表示这种缓冲效果的指标，就是雷维尔因子（Revelle factor）。这个名称源自很早就指出海洋会吸收二氧化碳的海洋学家罗杰·雷维尔。该值越小，越能高效吸收二氧化碳；越大则越难吸收。目前在低纬度温暖海域约为9，在南极周边的南大洋则升至15左右。而更重要的是，它比工业革命前已经上升了约1。海洋吸收得越多，碳酸系统的平衡就被推得越远，雷维尔因子随之上升，吸收下一吨的能力便随之下降。这是典型的正反馈。

打个比方，海洋就像海绵。干燥的海绵吸水极快，但含水越多，吸收就越迟钝。海洋还远未饱和到一挤就出水的地步，但吸收的势头确实正在减弱。

刹车二：水温上升导致溶解度下降

回到开头碳酸饮料的话题。变温的水更难溶解二氧化碳。海面水温上升，即使大气二氧化碳浓度相同，海洋能吸收的量也会减少，某些海域甚至会转为释放。变暖不只是加热大气，更会直接削弱海洋的吸收能力本身。这一效应在现实观测中如何显现，下一章将以2023年的案例详细说明。

刹车三：层化——表层与深层不再混合

第三道刹车意外地容易被忽视，却可能是最具结构性的一道。当表层海水变暖，或因冰融化注入淡水而盐度下降时，表层水就会变轻。轻水在上、重水在下，层次愈发分明，这就是层化。

层化加剧后，吸收了二氧化碳的表层水就难以下沉至深层。表层始终被碳填满、无法更替，最终失去接纳新二氧化碳的余地。溶解泵只有在通往深层的「排水口」存在时才能持续运作，而这个排水口正在变细。加之从深层输送到表层的营养盐也随之减少，生物泵的燃料同样告急。一个现象同时削弱两台泵，是相当棘手的刹车。

刹车四：生物泵一侧的变化

营养盐供给减少，浮游植物的生产就会下降，沉降的有机物也随之减少。此外，水温上升后，颗粒在下沉途中被微生物分解的速度加快，未及沉到足够深处就重新变回二氧化碳的比例会增加。对生物泵而言，起作用的不只是「生成了多少」，还有「送达了多深」，这也是该领域的难点所在，目前仍是活跃的研究前沿。

已经显现的「减弱」迹象

以上都还是理论。那么实际的观测数据如何呢？近几年，显示理论正在成为现实的报告接连出现。

受气候变化影响，海洋的吸收已经小了约7%

《全球碳预算2025》评估认为，受气候变化与气候自然变率影响，2015至2024年平均而言，海洋的二氧化碳吸收减少了约7%。这是与「如果没有气候变化本应能吸收的量」相比的缺口。在同样的比较中，陆地的吸收减少了约25%。陆地受创更重，是因为它更容易被干旱与森林火灾等极端事件直接冲击。

该报告还估算，1960年以来大气二氧化碳浓度上升的部分中，有8%源于气候变化削弱了陆地与海洋的碳汇。这个数字意味深长。即便我们不再增加排放，仅仅因为吸收一侧变弱，大气中的浓度也会上升。换言之，变暖之中内建了一条自我加速的回路。

2023年的异常：吸收量比预期少了约10%

最具体也最令人不安的例子是2023年。这一年在强厄尔尼诺的影响下，海面温度刷新了观测史上的纪录。苏黎世联邦理工学院（ETH Zurich）的Jens Daniel Muller与Nicolas Gruber等组成的国际研究团队，详细分析了该年的海洋二氧化碳吸收，并于2025年发表于Nature Climate Change期刊。

相对于依据以往响应模式所预期的吸收量，除极地海域外的全球海洋实际吸收量少了约10%——这是论文的核心发现。折算下来约为10亿吨碳。据研究机构的说明，这大致相当于欧盟全境年排放量的一半。虽然只是一年之内发生的事，却绝不是个小数字。

原因主要在于亚热带与亚寒带、尤其是北半球出现的异常二氧化碳释放。北大西洋的海面水温异常升高，溶解度随之下降，本应是吸收区的海域反而向大气排出了二氧化碳。这可以说是刹车二在现实中启动的教科书式案例。

不过，海洋也表现出了「稳住阵脚」的能力

同一篇论文也报告了需要谨慎解读的发现。在多数海域，水温上升带来的释放，被表层混合层中溶解无机碳（DIC）的减少部分抵消了。释放使二氧化碳逸出，海水中的碳含量随之下降，进而抑制了进一步的释放——负反馈发挥了作用。正因如此，尽管遭遇创纪录的高温，吸收量的下滑才止步于10%。

问题在于，这种稳住阵脚的能力能否在长期变暖之下持续。Gruber指出，补偿机制能否长期有效仍不明朗，海洋的碳吸收今后有可能下降。可以说，2023年是海洋的底力与极限同时显现的一年。

南大洋之谜——强吸收区正在发生什么

在地球上最大级别的吸收区南大洋（南极海），还有一段更为复杂的故事正在展开。多数气候模式都预测，随着变暖推进，南大洋的吸收会减弱。然而2000年代以后的观测却显示，它吸收得比预测更多。这一矛盾被称为「南大洋碳异常」，长期成为争论焦点。

2025年发表于Nature Climate Change期刊的研究给出了解释：自1990年代以来南大洋表层的低盐化（淡化）增强了密度层化，使富含碳的深层水无法上涌至表层。也就是说，南大洋「出人意料的努力」并非实力，而是释放被暂时截住的结果。

令人担忧的是，有研究指出，以2016年前后为界，表层盐度的趋势发生了反转，环南极的广大范围内层化正在减弱。一旦这道闸门失效，深层的碳就会回到表层，释放有可能增加。另有研究团队指出，海冰之下海水的二氧化碳分压此前可能被低估。因此对南大洋吸收的评估，正朝着比以往认为的更弱、且今后还会进一步减弱的方向移动。

海洋酸化——吸收带来的「另一张账单」

多亏海洋吸收了二氧化碳，大气的变暖被大幅抑制。但这笔费用，正以海水化学性质改变的形式被索取。这就是海洋酸化。

全球pH正以每十年0.018的速度下降

海水本来呈弱碱性，海面pH约为8.1。二氧化碳溶解后变成碳酸，氢离子随之增多，pH便下降。据日本气象厅的分析，全球平均表层海水pH正以每十年0.018的速度下降，自1990年起的34年间已下降约0.06。

0.06这个数字看似很小，但pH是对数刻度。下降0.1意味着氢离子浓度增加约26%。想到人体血液的pH仅变动0.1就会对身体状况造成严重影响，就不难想象这对生活在海中的生物意味着什么。关于酸化对生态系统的影响，尤其是对珊瑚礁的打击，请参阅海洋酸化的机制及其对生态系统的影响。

酸化正在侵蚀吸收能力本身

这或许是本文最重要的论点。海洋酸化并不仅仅是「生物很可怜」的问题。酸化越推进，海洋吸收二氧化碳的能力本身就越下降。

机制是这样的：二氧化碳溶入海水后产生的氢离子，会与充当缓冲的碳酸根离子结合并将其消耗。碳酸根离子减少后，接纳下一批二氧化碳的余力也随之减少。这就表现为雷维尔因子的上升。日本气象厅也明确指出，海洋酸化的推进会导致海洋吸收二氧化碳的能力下降。

换句话说，吸收 → 酸化 → 吸收能力下降 → 留在大气中的二氧化碳增加 → 进一步变暖，这样一条回路正在运转。海洋一边用自己的力量削弱自己的力量，一边继续承接我们的排放。

来自生物一侧的反作用

酸化直接冲击那些用碳酸钙构筑外壳与骨骼的生物——珊瑚、贝类、有孔虫、颗石藻、翼足类等。外壳一旦难以形成，碳酸盐泵的作用会改变，生态系统的结构也会随之改变。如前所述，碳酸盐泵减弱本身也有减少表层二氧化碳的一面，因此评估净影响并不简单。但可以确定的是，我们正在用短短两百年左右的时间，大幅改变经数百年才形成的海洋化学平衡。

有观点指出，随着海洋酸化的推进，海洋吸收二氧化碳的能力会下降，并会通过对海洋生态系统的负面影响，导致海洋的社会与经济价值下降。

― 日本气象厅《海洋酸化的知识》

日本的海域正在发生什么

至此谈的都是全球尺度的话题，但在日本周边海域也积累了长期观测，捕捉到了与世界趋势一致的变化。

日本近海的pH同样以每十年约0.02的速度下降

日本气象厅沿西北太平洋东经137度线与东经165度线，持续进行了长达数十年的海洋观测。分析显示，日本近海的表层海水pH每十年约下降0.02，酸化速度与世界平均几乎相同。并不存在「唯独日本的海被格外保护」这回事。

持续累积至1200米深处的人为碳

还有更进一步的观测。日本气象厅评估了北太平洋副热带环流区中人为二氧化碳的累积量，范围为自海面至位势密度27.5σθ（深度约1200至1400米）的水层。结果显示，该海域整体每年累积1.47±0.34亿吨碳，按单位面积计，约以每平方公里每年3至10吨碳的速度持续增加。仅这一海域，就占太平洋总累积量的约20%。

在表层被吸收的碳，确实抵达了超过1000米深的水层并持续积累——这既是溶解泵至今仍在运作的证据，也是深层缓冲能力正被一点点消耗这一事实的记录。

海洋热浪与不断变暖的日本海域

日本近海包含若干水温上升速度超过世界平均的海域。水温上升不仅使二氧化碳溶解度下降，也会加剧层化。近年屡被报道的异常高水温——即海洋热浪，在什么是海洋热浪一文中有详细介绍。这类现象既是对生态系统的打击，也是在其持续期间削弱碳吸收的因素。

「海水温度上升导致捕不到鱼」的渔业新闻，与「海洋的碳吸收正在减弱」的气候新闻，看似是完全无关的两件事，实际上是同一现象的不同侧面。

为遏止减弱——能做的与做不到的

听到「海洋的吸收正在减弱」，人们会想：那就强化海洋不就好了？但就这个问题的结构而言，有效的手段与无效的手段泾渭分明。不弄错顺序至关重要。

根本对策是减少排放本身

这是个毫不留情的结论，但它必须排在第一位。削弱海洋吸收的原因，大半正是二氧化碳的累积本身，以及由此带来的水温上升与层化。不减少原因却想扩大容器，就像开着水龙头不断加水桶。而且据《全球碳预算2025》，2025年化石燃料来源的二氧化碳排放预计将达到381亿吨，刷新历史最高纪录——水龙头仍在开着。

还有一点重要含义：吸收效率下降，意味着为守住同一温度目标而被允许的剩余排放量（碳预算）会比预想的更小。我们以为自己拥有的宽限期，实际上可能已经变短了。

蓝碳：在沿岸可以守护并增加的东西

以人力增加外海的碳吸收并不容易，但沿岸存在触手可及的场所。红树林、海草床、盐沼，以及海藻场——它们摄取并以沉积物形式储存的碳，被称为蓝碳。单位面积的碳储存速度据称超过陆上森林，而且防灾、水质净化、育幼场等附带效益也很大。详情请参阅什么是蓝碳？红树林与海草床把碳储存在海里的机制。

不过规模感应当如实看待。即便把全世界的沿岸生态系统全部完好保护并大规模修复，仅凭这一点也无法抵消每年百亿吨碳量级的排放。蓝碳并非「减排的替代品」，把它定位为「与减排并行推进、同时让当地海域更丰饶的行动」才更准确。

海洋碳移除（海洋CDR）的现状

近年来，通过操控海洋化学或生物来移除二氧化碳的技术群——海洋CDR——受到关注。代表性做法包括：向海中添加碱性矿物以恢复缓冲能力的碱度增强，撒播铁等营养盐以提高浮游植物生产的海洋施肥，以及大量培育海藻并使其沉入深海的方法等。

从理论上看，这些都是有可能抵消雷维尔因子上升的有趣构想。但就现阶段而言，效果的验证方法、对生态系统的副作用、成本以及国际规则，全都尚未确立。尤其是海洋施肥，过去的实验并未确认到预期的碳封存效果，出于对生态风险的顾虑，国际上已对其实施严格管理。作为研究认真推进是有价值的，但现在还远不到可以用「有了这些，减排就可以往后放」的方式来对待的阶段。

为了不误读数字——以及我们能做的事

最后，整理几个视角，帮助你在遇到这类新闻时能够冷静接收。

三个容易误读的要点

1. 「减弱了」不等于「已经不再吸收」。海洋如今仍以每年20亿吨碳的量级维持净吸收。下降的是效率，而非功能停止。
2. 不要把单年波动与长期趋势混为一谈。海洋的吸收会因厄尔尼诺等自然变率而逐年大幅摆动。2023年的下滑是重要警告，但仅凭它还不能断言「已越过不可逆的临界点」。
3. 估算值会被修订。海洋吸收的估算在《全球碳预算》中也曾被上调。数字变动并非科学有误的证据，而是观测与模式正在精细化的证据。

在此基础上，有一个事实始终不变：无论海洋的吸收能否持续，排入大气的二氧化碳越多，进入海洋的量与酸化推进的程度也就越大。左右海洋未来的最大变量，不在海洋一侧，而在我们排放的一侧。

从今天开始、切实可行的一步

• 重新审视用能方式：把家庭的电力合约换成可再生能源来源，改善隔热，重新选择出行方式。个人的减量虽小，但需求的变化会推动供给一侧。
• 亲手接触海洋数据：日本气象厅的《海洋健康诊断表》任何人都可免费查阅。亲眼确认日本近海水温与pH的长期变化，新闻里的数字会骤然变得立体。
• 参与守护当地沿岸的活动：海草床修复、滩涂保护、海滩清洁。对许多人来说，蓝碳的现场就在触手可及的距离。
• 把知道的事讲给别人听：海洋的碳吸收看不见，也没有人寄来账单，因此很难成为社会议题。让它成为话题本身，就是对抗这一问题的手段。

总结