미래 대기 CO2 규제에서 해양 비생물적 탄산염 강수량의 역할

Oct 15, 2023

Scientific Reports 12권, 기사 번호: 15970(2022) 이 기사 인용

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해양은 대기 CO2를 조절함으로써 지구의 기후에 중요한 역할을 합니다. 해양의 1차 생산성과 유기탄소 매장량이 대기로부터 CO2를 격리하는 반면, 바다의 CaCO3 강수는 CO2를 대기로 되돌려 보냅니다. 아라고나이트 형태의 비생물적 CaCO3 침전은 잠재적으로 지구 탄소 순환에 대한 중요한 피드백 메커니즘이지만 이 과정은 완전히 정량화되지 않았습니다. 바다에서 가장 빠르게 온난화되고 가장 빈영양화된 지역 중 하나인 지중해 남동부에서 실시된 퇴적물 트랩 연구에서 우리는 처음으로 물기둥 내 무기 아라고나이트의 흐름을 정량화했습니다. 우리는 이 과정이 지표수의 온난화와 장기간의 성층화에 의해 동역학적으로 유도되어 높은 아라고나이트 포화 상태(ΩAr ≥ 4)를 초래한다는 것을 보여줍니다. 이러한 관계에 기초하여, 우리는 비생물적 아라고나이트 석회화가 이전에 보고된 지중해 남동부의 해수면에서 대기로의 CO2 유출의 15 ± 3%를 차지할 수 있다고 추정합니다. 해수면 온도와 ΩAr에 대한 모델링된 예측은 이 과정이 미래 해양에서 약화되어 대기 CO2의 알칼리도와 완충 능력이 증가할 수 있음을 시사합니다.

CaCO3 광물(즉, 아라고나이트와 방해석)의 생산은 해양 탄소 수지를 조절하는 데 중요한 역할을 합니다1,2. 해양에서 생산되는 대부분의 CaCO3는 생물학적인 반면, 일부는 비생물적 반응으로 형성됩니다. 현재까지 아라고나이트 형태의 비생물적 CaCO3 생산은 특정 조건이 존재하는 바하마나 페르시아 만과 같은 특정 지역에서 관찰되었습니다. 그러나 해양 산성화가 심화됨에 따라 비생물적 CaCO3의 생산량은 감소할 것이며 탄산염 이온의 포화 상태 감소로 인해 이미 크게 감소했을 수 있습니다. 여기에서 우리는 이전에 관찰된 것과 다른 조건 하에서 지중해 동부에서 비생물적 아라고나이트 생산이 발생하고 지구 온난화의 영향으로 미래의 해양 조건과 가능한 유사성을 처음으로 보여줍니다. 제안된 메커니즘에 따르면, 지표수에서 CaCO3의 비생물적 생산은 추가적인 씨뿌리기나 물 덩어리 혼합보다는 해양의 온난화와 성층화에 의해 향상될 수 있습니다. 대조적으로, 해양 산성화는 지표수의 비생물적 생산을 억제하여 온난화의 긍정적인 효과에 상쇄될 수 있습니다. 우리의 관찰에 기초하여, 우리는 비생물적 아라고나이트 생산이 이전에 고려된 것보다 더 보편적이라고 주장하고 생산 메커니즘을 묘사합니다. 최첨단 기후 모델을 기반으로 우리는 이 메커니즘이 줄어들 가능성이 있음을 설명하고 그 영향에 대해 논의합니다.

해양과 대기 사이의 CO2 교환은 행성 기후를 조절하는 데 도움이 되는 주요 피드백 메커니즘으로 작용하는 것으로 간주되어 왔습니다1,2. 현재는 ca. 매년 대기로 배출되는 인위적 CO2의 25%가 해양에 흡수됩니다3,4. 흡수된 CO2와 바닷물의 화학 반응으로 인해 탄산이 생성되고, 그 결과 해양 산성화라고 알려진 과정이 발생합니다5. 탄산의 생성은 해수의 pH를 감소시킬 뿐만 아니라 해수의 용해된 무기 탄소(DIC = CO2 + HCO3− + CO3−2)의 종분화를 탄산염(CO3−2)에서 중탄산염(HCO3−)으로 이동시킵니다. , 다음 화학양론적 방정식에 따르면 – CO2 + H2O + CO3−2 → 2HCO3−.

해수에서 DIC의 종분화는 열역학적 해리 상수에 대한 영향을 통해 온도의 영향을 받습니다. 여기서 온난화는 탄산염 시스템을 CO3−2 쪽으로 이동시킵니다. DIC가 유기물이든 무기물이든 고체상으로 변환되는 대부분은 생물학적으로 유도됩니다6. 여기서 DIC가 무기 탄소 고체상(CaCO3)으로 생물학적으로 동화되면 해수에서 Ca+2가 제거되고 해수 총 알칼리도(TA)도 감소합니다. 이 과정은 또한 염도 변화에 따라 비보존적입니다7. 유기 흡수원("생물학적 펌프")이 대기에서 탄소를 제거하는 동안 무기 흡수원(탄산염 광물의 침전)은 TA를 소비하고 탄산염 시스템을 CO2 쪽으로 이동시키고 탈기는 해양 표면에서 대기로8 작용하여 긍정적인 역할을 합니다. 지구 온난화에 대한 피드백2,9. 해양에서 두 가지 결정 형태의 CaCO3(아라고나이트와 방해석)의 침전은 대부분 생물학적이며10 온도, 용해된 영양분 수준, 그리고 가장 주목할만한 Ca+2와 Ca+2 및 방해석의 비율과 같은 환경 조건의 영향을 받는 매우 복잡한 과정입니다. CaCO3 포화 상태(Ω)9라고도 알려진 CaCO3의 용해도 상수에 대한 CO3−2 이온 활성도의 곱입니다.

1) and therefore, one would rightfully expect the abiotic precipitation of CaCO3 to be a common occurrence and an important process in the oceanic carbon cycle and climate regulation. However, to date, large spatial scale abiotic CaCO3 precipitation (usually aragonite) in the marine environment have been observed only during events referred to as "whitening events", when CaCO3 is abiotically precipitated in surface waters, turning them milky white in relatively shallow waters11,12,13. Such events occur almost exclusively in the Persian Gulf and the Bahamas. While the specific mechanism driving whitening events is still a highly contested topic14,15,16, extremely high levels of Ω seem to be an important factor triggering them./p> 4 (see Fig. 3)./p> 4, is likely the result of two notable (4–6 °C) cooling events that occurred in August and September 2015. These events lasted several days (Fig. 2) and broke the stratification, resetting the required induction time of ΩAr. Notably, 2015 was an anomalous year with the least number of days with ΩAr > 4 in the last decade (supplemental 1, Fig. S1.5). Additionally, while nearly constant ΩAr > 4 conditions in local surface waters prevail throughout the summertime, when stratification is most intense (supplement 1, Fig. S1.6), when that stratification is broken, as in winter (supplement 1, Fig. S1.7), values of ΩAr drop below 4. The aragonite found in the traps in late May to early June 2016 likely had formed higher in the water column as the stratification and super-saturation conditions began already in early April at shallower depths and extended into the summer28 (Fig. 3), allowing for aragonite formation (Fig. 4b)./p>

2.0.CO;2" data-track-action="article reference" href="https://doi.org/10.1130%2F0091-7613%281987%2915%3C111%3ARPROAA%3E2.0.CO%3B2" aria-label="Article reference 18" data-doi="10.1130/0091-7613(1987)152.0.CO;2"Article ADS CAS Google Scholar /p>

2.3.CO;2" data-track-action="article reference" href="https://doi.org/10.1130%2F0091-7613%281997%29025%3C0085%3AIOTAMC%3E2.3.CO%3B2" aria-label="Article reference 20" data-doi="10.1130/0091-7613(1997)0252.3.CO;2"Article ADS CAS Google Scholar /p>

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