海洋碱度增强对碳封存及海洋酸化的影响评估：基于全球石灰岩生产限制的模型研究

本研究通过UVic地球系统气候模型，评估了以石灰岩(CaCO3)和生石灰(CaO)为基础的海洋碱度增强(OAE)技术在不同RCP情景下对碳封存(CDR)和海洋酸化的缓解潜力。结果表明，受限于当前全球石灰岩年产量(6.6 Gt)，即使完全利用现有资源进行500年干预，仅能降低大气CO2浓度38-309 ppm，凸显了该技术对气候变化的缓解作用有限，强调了能源系统脱碳的紧迫性。

　　

随着大气CO₂浓度从工业革命前的277 ppm攀升至2024年的422 ppm，全球正面临日益严峻的气候变化挑战。海洋作为重要的碳汇，每年吸收约2.9 Gt人为碳排放，但由此引发的海洋酸化（pH值下降0.11-0.12）已对海洋生态系统构成威胁。在此背景下，海洋碱度增强(Ocean Alkalinity Enhancement, OAE)技术因其既能增强海洋碳汇能力又可缓解酸化的双重潜力而备受关注。该技术通过向海洋添加碱性物质（如石灰岩CaCO₃或生石灰CaO）来提升海水对CO₂的缓冲能力，但其实际效果受限于矿产资源的可获得性和加工过程的碳排放。

为评估OAE技术的最大潜力，Katherine R. Martin等人在《FACETS》发表了这项开创性研究。研究人员采用UVic地球系统气候模型(ESCM)，首次系统量化了全球石灰岩生产总量约束下OAE对气候系统的长期影响。研究设置了三种干预方案：直接投放石灰岩、投放生石灰（伴随CO₂释放）以及投放生石灰并封存加工过程CO₂，在RCP 2.6至8.5四种气候情景下进行了500年模拟。

关键技术方法包括：1）使用包含碳循环模块的UVic ESCM模型（水平分辨率3.6°×1.8°，19层垂直海洋）；2）基于历史数据（850-2000年）和RCP情景（2000-2500年）的模型初始化；3）三种OAE干预方案的参数化设计，其中石灰岩投放量基于当前全球年产量6.6 Gt；4）通过诊断排放法分离OAE效果与背景气候变化。

研究结果部分显示：

"UVic地球系统气候模型"

模型成功再现了工业革命以来的气候变化趋势，2000年模拟值与观测值吻合（大气CO₂ 367.7 ppm，表面温度14.1°C，海洋表面pH 8.07），为后续情景模拟奠定基础。

"实验设计"

创新性地将矿产生产限制纳入气候模型，三种干预方案分别对应不同技术路线：CaCO₃方案代表直接研磨投放，CaO+CO₂方案反映当前工业生产流程，CaO方案则假设实现了碳捕集与封存(CCS)技术。

"结果"

在最优情景（CaO+CCS）下，500年干预可使大气CO₂降低89-309 ppm（依RCP不同），表面温度下降0.58-1.3°C，海洋pH升高0.10-0.15。但值得注意的是，即使完全利用全球石灰岩产能，RCP4.5和6.0路径下的温升仅能缓解1.2-1.3°C，远不足以抵消预期的3-5°C温升。

"讨论与结论"

这部分尖锐指出当前气候缓解措施的不足：1）OAE的实际效果受限于矿产开采规模，完全占用石灰岩产能将影响水泥等重要产业；2）生石灰方案需要900°C以上高温处理，必须配套零碳能源和CCS技术；3）与快速增长的碳排放相比（2024年达10.2 Gt/年），OAE的碳汇贡献杯水车薪。研究强调，相比扰动自然碳循环，投资能源系统脱碳才是应对气候变化的根本之策。

这项研究的重要意义在于首次从全球资源约束角度量化了OAE技术的理论上限，打破了"地球工程可替代减排"的迷思。作者通过严谨的模型分析证明，即便在最理想条件下，基于石灰岩的OAE技术也只能为气候缓解做出有限贡献。这一结论为政策制定者提供了重要参考，提示必须加快能源转型而非依赖尚未成熟的地球工程技术。正如研究者所述："投资这些（地球工程）领域的资源，更应该用于解决导致全球变暖的能源系统问题。"