人类活动——如化石燃料燃烧、土地利用变化和森林砍伐——排放的过量二氧化碳被世界海洋吸收。虽然这种吸收有助于缓解全球变暖，但它也对包括鱼类和植物在内的海洋生物产生不利影响。
虽然对所谓的人为二氧化碳对开放海洋的影响进行了广泛的研究，但关于沿海海洋中二氧化碳的存在和来源的观测数据有限，从河口到珊瑚礁，连接陆地和海洋的广泛的咸水生态系统。
特拉华大学蔡伟军实验室最近发表在《科学进展》杂志上的一项题为“美国东海岸人为碳的来源和积累”的研究解决了这一差距。
该研究的第一作者李新宇(Xinyu Li)于2023年获得明尼苏达大学海洋科学与政策学院的博士学位，目前是太平洋海洋环境实验室的博士后研究员。研究副院长、玛丽·a·s·莱特希普地球、海洋与环境讲座教授蔡伟军是李的导师，并指导了这项研究。合著者包括特拉华大学和厦门大学的双学位博士生吴泽伦和特拉华大学博士后欧阳章宪。
研究人员分析了1996年至2018年间进行的五次研究巡航的高质量碳酸盐数据集。该数据集涵盖了美国中大西洋湾的东海岸，这是一个从马萨诸塞州延伸到北卡罗来纳州的沿海地区。
1996年的数据集由达尔豪斯大学海洋学教授道格·华莱士提供，使研究人员能够追踪二氧化碳水平随时间的变化。除了1996年的巡航之外，数据都是由蔡的小组成员根据美国国家海洋和大气管理局(NOAA)的海洋酸化计划收集的。
研究人员利用这些数据调查了人为二氧化碳进入沿海水域的位置和数量，这对全球碳预算至关重要。
地表水——海洋顶部200米——由于与大气直接接触，导致更多地吸收大气中的二氧化碳，因此显示出人为二氧化碳的最高增幅。
蔡指出，这项研究的一个有趣的方面是分析水中自然和人为二氧化碳的比例，以及水的年龄如何影响人为的碳积累。
从墨西哥湾经过墨西哥湾流到达的地表水较新，显示出高水平的人为二氧化碳，但相对较低水平的自然产生的二氧化碳。
相比之下，中层水(200米以下)的天然二氧化碳浓度较高，人为二氧化碳含量较低。
他说:“地表水含有非常高的人为二氧化碳，但是来自南大洋的中层水，被称为南极中层水，这种水从南大洋到东海岸需要很长时间，可能需要100年。”“由于微生物分解，那里的水含有大量的天然二氧化碳，但那里的人为碳含量非常低。”
在这些层的下面是北大西洋深水，它在冬天下沉，从拉布拉多海到东海岸需要20年的时间。“这片水域的人为二氧化碳含量处于中等水平，”蔡说。“每个水团从形成时起就有二氧化碳水平的记录，这给了我们这些变化的历史。有趣的是，最近的水域的人为碳含量最高。”
李将这种分布描述为“三明治结构”，表层人为碳含量高，中层人为碳含量低，深层人为碳含量居中。
“这种分布与水的年龄密切相关，当它与表面的大气接触并从大气中吸收二氧化碳时，”李说。
该研究还发现，从近海到近岸水域，人为碳排放量减少，这与较低的盐度有关。这表明，从河口和湿地等近岸地区向公海出口的人为二氧化碳没有净增加。
蔡解释说:“当我们将结果外推到低盐度水域时，比如特拉华湾和切萨皮克湾的水，我们发现在低盐度水域，人为的二氧化碳增加实际上很少。”“那里的水有很多天然的二氧化碳，但很少有人为的二氧化碳。”
这一发现支持了先前的研究，即从河口和湿地到大陆架的人为二氧化碳净运输量基本上为零，甚至为负。可能的原因包括缓冲能力低和在河口水域停留时间短，这限制了它们吸收人为二氧化碳的能力。此外，北美湿地的损失率是其增长率的三倍，减少了碳吸收和向沿海水域运输的机会。
蔡强调了这些发现对全球碳循环的更广泛影响。“这篇论文澄清了来自陆地研究的相互矛盾的观点，”他说。“关于从陆地系统到沿海海洋的人为二氧化碳运输是否增加，存在很大的争论。我们的结论是，没有人为碳的自然运输，沿海水域的人为碳实际上都是来自近海水团的混合碳，以及来自其上方大气的局部碳。后者的大部分被出口到海洋。”
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