海洋生命体征

麻省理工学院的科学家们希望部署一支无人机舰队，以便更好地了解海洋吸收了多少碳，以及可以吸收多少碳。

　　

如果没有海洋，气候危机会比现在更严重。每年，海洋从大气中吸收数十亿吨的碳，防止温室气体造成的气候变暖。科学家估计，人类和自然排放到大气中的碳中，约有25%到30%被海洋吸收。

“但这个数字有很多不确定性，”麻省理工学院地球、大气和行星科学系(EAPS)的海洋化学家兼首席研究科学家瑞安·伍斯利(Ryan Woosley)说。海洋的不同部分吸收不同数量的碳，这取决于许多因素，比如季节和来自风暴的混合量。目前的碳循环模型并没有充分捕捉到这种变化。

为了缩小差距，伍斯利和麻省理工学院的其他科学家团队为麻省理工学院气候大挑战竞赛(MIT Climate Grand Challenges competition)制定了一项研究提议。这是一项全学院范围的运动，旨在促进和资助应对气候危机的创新研究。该团队的提议名为“海洋重要迹象”，包括派遣一支无人机舰队在海洋中巡航，详细测量海洋真正吸收了多少碳。这些数据将用于提高全球碳循环模型的精度，并提高研究人员核实各国减排声明的能力。

“如果我们开始制定减缓战略——无论是通过从大气中去除二氧化碳还是减少排放——我们需要知道二氧化碳的去向，以了解它们的有效性，”伍斯利说。如果没有更精确的模型，就无法确认观测到的碳减少是得益于政策和人类，还是得益于海洋。

“这是一个价值上万亿美元的问题，”伍斯利说。“如果各国花这么多钱来减少排放，这就足够了吗?”

今年2月，该团队的气候大挑战提案在提交的近100份参赛作品中入围了27个决赛项目之一。在这些入围项目中，麻省理工学院将在4月份宣布选出5个旗舰项目，以获得进一步的资助和支持。

伍斯利和EAPS的首席研究工程师克里斯托弗·希尔(Christopher Hill)领导着这个团队。该团队包括物理和化学海洋学家，海洋微生物学家，生物地球化学家，以及来自整个系的计算建模专家，以及来自媒体实验室、数学、航空航天、电气工程和计算机科学部门的合作者。

今天，关于空气和海洋之间二氧化碳流量的数据收集的方式是零碎的。研究船间歇地出海收集数据。一些商船也安装了传感器。但这些都是对整个海洋的有限看法，包括偏见。例如，商业船只通常会避开风暴，因为风暴会增加暴露在大气中的水的周转率，导致海洋吸收的碳量大幅增加。

伍斯利说:“我们很难找到并测量它。”“但这些无人机可以。”

如果获得资助，该团队的项目将首先在一个小区域部署几架无人机来测试这项技术。这种风力驱动的无人机——由总部位于加利福尼亚的Saildrone公司制造——可以自主导航通过一个区域，通过太阳能驱动的传感器持续收集空气-海洋二氧化碳流量的数据。然后，这将扩大到5000多无人机天的观测，在5年时间里，在所有5个海洋盆地进行观测。

这些数据将被用于提供给神经网络，以创建更精确的海洋吸收碳量的地图，从而减少模型中涉及的不确定性。这些模型将继续得到新数据的验证和改进。“模型越好，我们就越能依赖它们，”伍斯利说。“但我们总是需要测量来验证这些模型。”

改进的碳循环模型不仅与气候变暖有关。伍斯利说:“二氧化碳在很大程度上影响着这个世界的运转。”“我们是由碳组成的，所有其他生物和生态系统也是如此。碳循环的扰乱会对这些生态系统产生什么影响?”

最容易理解的影响之一是海洋酸化。被海洋吸收的碳反应生成酸。更酸性的海洋会对珊瑚和牡蛎等海洋生物产生可怕的影响，它们的碳酸钙外壳和骨骼可以在较低的ph值中溶解。自工业革命以来，海洋的酸性平均增加了30%。

伍斯利说:“海洋吸收二氧化碳对我们来说是件好事，但对海洋来说却不是。”“了解这种吸收如何影响海洋的健康也很重要。”