前言
海洋是主要自然碳匯的重要途徑之一，先前整理了美國在海洋碳移除方面的規劃，也有新創公司在這領域進行努力，但如果海洋對於二氧化碳的吸收速度低於預期呢？史丹佛團隊的新研究成果顯示出有影響海洋碳匯成效的現象過去並沒有考慮到。
海洋碳匯原理很單純，浮游植物死亡後會隨著本身吸收的 CO2 一同沉降到海底，接著新成長的浮游植物繼續吸收 CO2 並且海洋也能夠溶入更多CO2 。但新研究成果發現這段沉降速率比預期狀態慢很多，導致可能在沉降至海床底部前就被其他生物消耗吸收掉了。這樣的結果對於海洋能夠吸收的碳匯量可能帶來數百億噸的誤差。
究竟此新發現對於海洋碳匯的數值模型以及碳匯潛力有多深遠影響，將會是近期重要的研究項目之一。摘要翻譯
海洋封存碳的速度或比先前認為的更慢，氣候模型中可能存在偏差
一項在海上以低成本旋轉重力機械和顯微鏡進行的研究指出，地球海洋的碳吸收速度可能沒有研究人員此前估計的那麼快。通常認為，海洋吸收全球約 26% 的二氧化碳排放，透過將 CO2 從大氣中拉入海中並封存。在此過程中，CO2 進入海洋，約 70% 被浮游植物等生物吸收。這些生物死亡後，其細小柔軟的結構沉入海底，形成如水中雪花般的“海洋雪”。
這層“海洋雪”將碳封存在深海數千年，使海水表層能持續從空氣中吸取更多 CO2。這是地球上最重要的天然碳封存系統之一，效果顯著，許多研究團隊因此計劃使用地球工程技術來加強該過程，以更有效地穩定大氣 CO2 濃度。
然而，這項新研究於 10 月 11 日在《 Science 》上發表，發現這些沉降顆粒並未如科學家先前預期般迅速落至海底。透過一台模擬海洋雪自然環境的特製重力機，研究團隊觀察到，這些顆粒會生成黏液尾巴，彷彿降落傘般減緩其下沉速度，有時甚至讓顆粒懸停在水中。這種阻力作用使碳停留於上層水域，而未能進一步安全封存在深海。此時，海洋生物可以消耗這些懸浮的海洋雪顆粒，將其中的碳重新釋放回水中。這種現象阻礙了海洋從大氣中吸收並封存額外 CO2 的速率。
這一發現的含義相當嚴峻：科學家對海洋封存 CO2 量的估算可能存在巨大誤差。史丹佛大學的生物工程學家、該研究報告的作者之一 Manu Prakash 表示：「若未考慮這些海洋雪的尾部，數據可能會偏差數百億噸。」該研究由史丹佛大學、 Rutgers 大學（位於紐澤西州）以及麻州的 Woods Hole 海洋研究所的研究人員共同完成。
海洋的碳吸收效果不如預期
長期以來，研究人員致力於發展數值模型來估算海洋碳封存的效率。Prakash 說，這些模型可能需要重新調整，以納入海洋雪沉降速度較慢的新觀察結果。
這項研究結果對於正處於起步階段的海洋地球工程新創企業也有深遠影響。這些公司通常依賴例如增強海水鹼度等技術，以提升海洋的碳封存潛力。為了吸引投資人和公眾信任，這些公司必須依賴數值模型來證明技術可行性。這些估算的可靠性取決於模型的準確性以及科學界對其的信任程度。
史丹佛的研究團隊是在緬因州近海進行的一次探勘中發現了這一現象。他們將捕捉器下放至 80 公尺深的水中進行取樣，並在船上利用輪狀裝置和顯微鏡，迅速分析樣本中的成分。這台裝置能模擬有機體在垂直方向上的長距離移動。研究人員將樣本放入大約和老式膠卷大小的轉輪中，輪子持續旋轉，使懸浮的海洋雪顆粒下沉，相機則記錄它們的每一個動態。實驗設備能調整溫度、光線和壓力，以模擬自然海洋環境；接著再分析沉降顆粒周圍的水流狀況，並藉由專門軟體去除船隻震動帶來的數據噪音。此外，研究人員還將裝置安裝在雙軸架上，以補償船體的傾斜與晃動。
減速的海洋雪降低碳封存效率
這項研究團隊觀察到，海洋雪在下沉過程中會產生一種不可見的尾部，類似「彗星尾巴」的光環，由具有黏性與彈性的透明聚合物構成，類似黏液的降落傘結構。研究人員在轉輪中的海水樣本中加入小珠子，分析這些珠子如何繞著海洋雪移動，由此發現了這條不可見的尾巴。
史丹佛大學的生物工程學博士後研究員 Rahul Chajwa 表示：「我們發現珠子被卡在沉降顆粒後方的一些看不見的物質中。」研究團隊指出，這條尾巴帶來的阻力與浮力使得海洋雪在海洋上層100公尺處的滯留時間增加了一倍。Manu Prakash 說：「這應該是我們需要遵循的沉降規律。」他希望能將這些結果應用到氣候模型中。
對於這項研究，未參與研究的塔斯馬尼亞大學海洋生物化學家 Lennart Bach 認為，該研究將有助於改進碳傳輸模型，即將二氧化碳從大氣運送至深海的過程。他指出：「他們所開發的方法非常令人興奮，看到新方法進入這一研究領域非常令人振奮。」然而，Bach 也提醒不要過度外推這些結果。他表示：「我認為這項研究不會改變我們目前對碳輸出量的估算，因為現有的數據是基於經驗方法得出的，這些方法在不知不覺中已經考慮了黏液尾巴的影響。」
Manu Prakash 和他的團隊最初構想這種顯微鏡的點子，源於他們在研究一種可移動數十公尺的人類寄生蟲時的經驗。「我們曾製作5至10公尺高的顯微鏡，有一天，我在打包前往馬達加斯加的行李時，突然靈光一閃，」普拉卡什回憶說，「我當時想：我們為何要攜帶這麼多管子？如果把這些管子的兩端連接起來呢？」團隊於是將直線型的管道轉變成封閉的圓形通道，使用類似倉鼠輪的設計來觀察微小顆粒。在五次海上考察中，團隊進一步改善了顯微鏡的設計與流體動力學，以適應海洋樣本，並在船上克服了潮汐與波浪等工程挑戰。
除了研究海洋雪的沉降物理特性外，團隊也探索可能影響氣候和碳循環模型的其他浮游生物。Parkash 提到，最近在北加州海岸進行的一次考察中，他們發現了一個帶有矽質載重物的浮游生物細胞，使海洋雪像石頭一樣快速沉降。這個巧妙的重力裝置是Parkash 多項低成本發明之一。他的發明還包括一款可附著在智慧型手機上的摺紙靈感紙製顯微鏡「折疊鏡」（foldscope），以及一個由紙張和線製成的生物醫學離心機，被稱為「紙離心機」（paperfuge）。
相關文章
歡迎留言分享，也期待你追蹤並加入沙龍，一起關心氣候變遷與碳移除。
與這個主題相關的文章連結整理如下：
