我们常说，为了早日达到“碳中和”目标，我们需要减少碳源，增加碳汇。那么，碳源和碳汇又具体指的是什么过程呢?简单来讲，碳源，指的是向环境中释放CO2的过程;碳汇，指的是吸收环境中CO2的过程。考虑到陆地上植物固定CO2的能力有限，广袤海洋中的碳汇机制是我们的重点关注对象。海洋碳汇主要依靠于四大碳泵 ——溶解度泵、碳酸盐(反)泵、生物泵以及微型生物碳泵。
一、溶解度泵
顾名思义，溶解度泵得名于CO2的可溶性，CO2在水中拥有一定的溶解度，即大气中的CO2气体可以溶解到河流海洋中，河流海洋中溶解的CO2也可以释放到大气中。溶解度泵的核心在于海洋与空气交接处CO2气体的交换，是可逆的，且溶解过多的CO2会造成海洋酸化，因此，溶解度泵不是我们进行碳汇的合适选择。
二、碳酸盐(反)泵
显而易见，碳酸盐(反)泵的运行与CO32-有着密切的关联，并且，也是具有可逆性的。碳酸盐(反)泵的运行依赖于海洋中大量的HCO3-作为缓冲离子，HCO3-呈弱碱性，CO2呈弱酸性，HCO3-的存在可以使海洋溶解更多的CO2。但由于HCO3-可分解为CO32-和CO2，碳酸盐(反)泵并不稳定，也不是我们理想的碳汇途径。
三、生物泵
很容易理解，生物泵就是利用海洋中生物之间的捕食关系来固定有机碳的。最初海洋表面浮游植物利用光合作用将CO2固定为有机物，有机物随着食物链和食物网不断传递，期间对应的生物逐渐进入深海。最终，部分有机物被长久地沉积在深海的底部，这个固碳的机制就是我们所说的生物泵。但有机物在食物链中的传递效率非常低，大多数的有机物被生物呼吸作用提供能量消耗、以CO2的形式释放到海洋中，只有极少量的有机碳可以被长久固定。因此依靠生物泵实现大规模碳汇也并不现实。
四、微型生物碳泵
海洋微型生物碳泵，指的是海洋微生物的生理生态过程与生物地球化学过程把有机碳从可被利用的活性态转化为不可利用的惰性溶解有机碳。惰性溶解有机碳有两种，一种是结构复杂、难以利用，另一种是浓度太低、难以利用，其中前者占据90%以上。微型生物碳泵的过程包括了病毒裂解细菌细胞、原生动物捕食细菌产生有机质碎屑、细菌群落反复降解有机质、古菌等自养微生物直接合成有机质，等等。且只有达到极度严苛的条件，惰性溶解有机碳才会从海水中移除，整体来说，微型生物碳泵固定有机碳基本不可逆。虽然微型生物碳泵的具体机制尚未研究清楚，但其蕴含的无限潜力已经相当明显了，这也可能是我们未来研究碳汇的重点方向之一。
二氧化碳气体本身便是看不见、摸不着的存在，将其固定的过程更是奇妙无比;海洋看似平静，其中发生的生物化学过程却千变万化、值得探索;而二氧化碳气体和海洋的碰撞也令我们大开眼界，四大碳泵神奇如斯。
本文作者：厦门大学环境与生态学院2025级本科生赵紫云。
本文由海洋负排放(ONCE)国际大科学计划、厦门大学碳中和创新研究中心支持。
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