近日，厦门大学生物地球化学全国重点实验室、海洋与地球学院王为磊教授团队在海水碱度增强去碳研究方面取得进展，相关成果以“Assessing the efficacy of river-based ocean alkalinity enhancement for carbon sequestration under high emission pathways”为题发表于Biogeosciences. 该研究首次在全球尺度、长期效益上对实操性强的海水碱度增强（OAE）去碳进行了系统模拟，评估了河流增碱所能实现的碳封存效益及其引起的全球变化，揭示了河流增碱主要作用区域，明确了河流OAE的潜力和局限性，为OAE的工程部署提供了重要量化依据和可行性方案。
自工业革命以来，人类活动导致的二氧化碳（CO2）排放量远超地球自然碳汇的吸收量，导致大气CO2浓度持续升高，引发全球变暖等气候问题。海洋是地表最大的活跃碳汇，具有巨大的碳汇潜力，海洋碳移除（marine Carbon Dioxide Removal, mCDR）理论上可以弥补碳汇缺口。OAE模拟自然风化过程，通过向海洋增加碱度来促进海洋吸收更多CO2，并缓解海水酸化，是海洋碳移除的最佳候选方案之一。然而，当前室内培养和小尺度围隔实验仅能反映局效应地，缺乏对全球海洋响应的理解；而全球模拟又往往以均一速率向海洋均匀地释放碱度，与实际工程实践距离较远。因此，本研究使用全耦合地球系统模式CESM将OAE与自然过程中碱度输入的主要通道——河流结合起来，以全球尺度、长期模拟探讨通过河流增碱的可行性和去碳效率，为OAE的实施提供参考。
本研究以2020年-2100年间高排放情景（SSP5-8.5）为基础，不进行任何增碱的模拟作为控制组（CTL）。同时开展四种增碱情景的模拟：①2020至2100年间河流输入碱度增加至当前水平的5倍（OWE5），②2020年至2049年间增加至当前的5倍并在2050年至2100年间增加至7.5倍（OWE75），③2020年至2049年间增加至当前的5倍并在2050年至2100年间增加至10倍（OWE10），和④2020年至2049年间增加至5倍，并在2050年将河流碱度恢复至控制组水平（OWE0），以检验增碱停止后是否出现气候反弹。
研究表明，OWE5，OWE75和OWE10三种增碱情景均可以实现上层100米平均碱度的增加（图1a）。至本世纪末，相比对照组分别提升53，77和102 meq/m3。即使在2050年起停止增碱，碱度仍维持在高于控制组的水平（图1a）。从空间分布来看，环流和混合共同影响碱度的水平和垂向分布：在水平方向，碱度增加主要集中在沿海地区、北极和亚北极地区，表层流可以将额外的碱度输入至开阔大洋，并随着增碱强度的增加向中低纬度扩展（图2）；在垂向上，辐聚区（如副热带流涡区）和深层水生成的区域（如副极地北大西洋）可以使增加的碱度渗透更深，从而对深层海水产生持久影响（图3）。
图1. 增碱后（a）上层100 m平均碱度随时间的变化；（b）CO2净通量的变化；（c）大气CO2浓度的变化；（d）溶解无机碳（DIC）储量的变化；（e）表层pH的变化；（f）相比2020年表层气温的变化。图中垂直的灰色虚线表示自2050年开始的碱度增加至7.5倍和10倍以及停止增碱的模拟（OWE75，OWE10和OWE0），彩色虚线表示3组增碱模拟（OWE5，OWE75和OWE10）和1组增碱停止模拟（OWE0）相对于控制组的变化。
图2. 本世纪末上层100 m平均碱度的分布。（a）CTL模拟；（b）OWE5和CTL间的差异；（c）OWE75和CTL的差异；（d）OWE10和CTL的差异；（e）OWE0和CTL的差异。
图2. 纬向平均碱度异常值的垂向分布。（a）OWE5和CTL的差异；（b）OWE75和CTL的差异；（c）OWE10和CTL的差异；（d）OWE0和CTL的差异；（e）OWE0和OWE5之间的差异。
增强的海水碱度降低了海水表层CO2分压（pCO2），使海洋对CO2的净吸收通量高于控制组（图1b），从而降低了大气CO2浓度，OWE5、OWE75和OWE10分别使大气CO2浓度降低29、40和51 ppmv，即使OWE0也在本世纪降低了11 ppmv的大气CO2（图1c）。同时，额外吸收的CO2引起海水DIC储量的增加，在OWE5、OWE75、OWE10和OWE0的四组实验中DIC储量分别增加5.39，7.41，9.50和2.06 Pmol（图1d）。碱度的增加还在一定程度上缓解了海水酸化，使海水表层pH分别降低0.02、0.03、0.04和0.006（图1e）。温度变化在3组增碱实验和OWE0中变化与控制组相比均不明显（图1f）。
总体来看，通过河流进行OAE是一种有效且可行的增汇方案，可增强碳吸收、降低大气CO2浓度并缓解海水酸化，其效益在沿岸地区和受河流影响显著的地区更强，并可以通过大尺度环流向开阔大洋扩散。然而，即使河流碱度增加至当前的10倍也不足逆转高排放情景下海水酸化和大气CO2的持续增长的趋势，因此，迫切需要进行互补性的技术革新以及采取强有力的减排措施，以有效控制二氧化碳的排放。
该论文第一作者为厦门大学博士生朱晓元，通讯作者为王为磊教授，合作者包括厦门大学2024届毕业生李莎莎。该研究得到了国家自然科学基金（42476031）、国家重点研发计划（2023YFF0805004）以及福建省自然科学基金（2023J02001）的资助。
Zhu, X.-Y., Li, S., and Wang, W.-L. (2025). Assessing the efficacy of river-based ocean alkalinity enhancement for carbon sequestration under high emission pathways, Biogeosciences, 22, 7293–7308.
https://doi.org/10.5194/bg-22-7293-2025
供稿｜朱晓元
编辑｜朱佳 苏颖
排版｜陈蕾
审核｜王为磊 王杉霖
