珊瑚礁钙化衰退对21世纪海洋碳吸收的增强效应：千兆吨级碳汇潜力解析

（编辑推荐）本研究首次量化了气候变暖导致的珊瑚礁钙化（NEC）衰退对全球碳循环的影响，通过PISCES模型模拟发现：在RCP4.5中等排放情景下，珊瑚礁碳酸盐生产减少可使海洋碳汇增强13%（中值7%），到2300年累计多吸收48亿吨CO2/年。这一未被地球系统模型（ESM）涵盖的负反馈机制，将显著提升《巴黎协定》2℃温控目标的剩余碳预算可行性。

　　

珊瑚礁对气候变化的敏感性

珊瑚礁作为海洋关键生态系统，其钙化（NEC）过程对海洋暖化和酸化高度敏感。研究表明，即使中等排放情景（RCP4.5）下，珊瑚礁也将面临净碳酸钙溶解的转折点。这种变化通过改变海水碱度（Alk）和溶解无机碳（DIC）的2:1摩尔比，降低海水pCO₂，进而增强海洋对大气CO₂的吸收能力。

模拟珊瑚礁钙化衰退

研究采用PISCES全球生物地球化学模型，基于三种历史钙化速率（30-300 TgC/年）和RCP情景，模拟珊瑚礁衍生的碱度和DIC通量。结果显示：在RCP8.5₃₀₀情景下，到2163年海洋碳汇最高增强0.44 PgC/年，相当于当前ESM预估偏差范围的55%。值得注意的是，50-80%的碳汇增强发生在非珊瑚礁区域，这与海水停留时间和CO₂平衡时间的空间差异有关。

海洋碳汇增强效应

模型预测到2300年，珊瑚礁反馈可使累积海洋碳吸收增加13%（中值7%）。在RCP4.5₁₅₀情景中，2081-2099年珊瑚三角区出现最显著碳汇增强，但印度洋区域表层碱度增速仅达50 mmol m^-3/世纪。这种效应在RCP8.5情景下呈现反直觉特征：2070年后约50%的碳汇增强重新集中在珊瑚区，可能与极高CO₂环境下气体平衡时间缩短有关。

碳预算政策启示

相比ESM已考虑的软组织泵（增强碳汇5-17%）和浮游碳酸盐泵（±5%），珊瑚礁反馈的规模（21世纪贡献5%）与北方森林衰退效应相当但方向相反。该机制可使《巴黎协定》2℃目标的负排放需求减少11 GtCO₂（RCP2.6₃₀₀），并通过增强"零排放承诺"（ZEC）后的海洋吸碳能力，降低实现温控目标对负排放技术的依赖。

有机生产与其他限制因素

研究假设珊瑚礁净有机生产（NEP）恒定，但实际可能受白化事件和季节波动影响。加勒比礁区已普遍处于净溶解状态（NEC<0），而太平洋礁区因较高的初始钙化率可能维持更久正净值。模型未考虑渔业压力、疾病等协同 stressors，这些因素可能进一步加剧钙化衰退。未来需开发包含珊瑚模块的ESM（如近期发展的中等复杂度模型），以评估大气-陆地碳循环的反馈调节作用。

实际观测挑战

尽管印度洋RCP8.5₃₀₀情景下表层碱度趋势可达50 mmol m^-3/世纪，但礁区天然碱度变异系数极高，需世纪尺度观测才能从噪声中提取信号。间接通过碳酸盐收支评估（如沉积物溶解速率）可能是验证该反馈的更可行途径。这一发现凸显了将珊瑚礁纳入地球系统模型的紧迫性——它们不仅是生物多样性的热点，更是调控全球碳循环的关键"生态杠杆"。