日本國立研究開發法人海洋研究開發機構（JAMSTEC）地球環境部門海洋觀測研究中心的山口凌平研究員和纐纈慎也主任研究員等組成的研究團隊，與日本氣象廳氣象研究所共同發布研究成果稱，利用在世界各地海洋觀測和記錄得到的溶氧數據，確定了海洋生物每年吸收二氧化碳的間距分佈和總量。據估算，每年通過海洋生物活動吸收的二氧化碳（生物泵）約為74億噸，這顯示既往的估算值可能過高。這一成果有望提高未來對氣候預測的準確性。相關研究成果已發表在國際學術期刊《Communications Earth & Environment》的2024年12月16日刊上。
圖1全球碳循環（左）和其中的生物泵（右）概念圖。左圖中，每個系統（大氣、海洋等）中的數字代表儲存容量（單位：10億噸碳），箭頭數字代表通量（單位：每年10億噸碳）。黑色或白色數值代表工業化前的狀況，紅色數值代表人類活動造成的變化。（供圖：JAMSTEC）
海洋是一個巨大的碳庫，吸收二氧化碳並將其與大氣隔離，從而限制過度變暖，創造適宜人類生存的氣候。這種吸收和隔離的機制之一便是通過生物活動形成的生物泵。
另一方面，構成生物泵的浮游植物通過光合作用固定CO₂，以及固定碳向下層的碳傳輸途徑複雜多樣，難以直接測量，為此研究團隊採用了將通過在數量非常有限的觀測點使用沉積物捕集器進行集中直接觀測所獲得的數值擴展到全球的方法。儘管有許多報告，但對碳運輸總量的估算值每年都在40億～130億噸碳之間變化，存在很大的不確定性。
在本次研究中，研究團隊重點研究了浮游植物在陽光照射到的海洋表層通過光合作用固定CO₂與以幾乎恆定的比例產生氧氣之間的關係。CO₂固定量是根據生物體產生的氧氣量反向計算得出的。自1980年代左右以來，世界各地的研究機構一直在船上觀測和記錄海水中的溶氧濃度，JAMSTEC也為這些觀測工作做出了貢獻。近年來，JAMSTEC還部署了配備溶解氧感測儀的自動觀測浮標，幾乎在全球約90%的海域都進行了記錄和累積。
利用這些數據，可以將特定位置的海洋表層作為一個單一的箱體，並準確地計算出溶氧變化所涉及的物理過程（大氣海洋交換、水平和垂直平流、水平和垂直擴散）。研究團隊從浮游植物通過光合作用產生的氧氣量中減去呼吸作用消耗的氧氣量，成功計算出了全球海洋整個生物活動的年產氧量。
研究團隊將其轉換為年有機碳生產量後，估算出海洋通過生物泵共吸收了74±21億噸碳。
山口研究員表示，「未來希望能夠更詳細地研究生物泵的變化及其對氣候的影響及其過程。我們所揭示的只是生物泵的當前狀態，至於它是否受氣候變化影響的數值，還是地球系統的一個恆定值，尚不得而知。為了在未來繼續關注，我們認為必須保持和發展現有的觀測系統」。
原文：《科學新聞》
翻譯：JST客觀日本編輯部
【論文資訊】
期刊：Communications Earth & Environment
論文：Global upper ocean dissolved oxygen budget for constraining the biological carbon pump
DOI：10.1038/s43247-024-01886-7
