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第5章 海洋的呼吸 气体交换与全球气候（第1页）

在地球这个庞大而复杂的生态系统中，海洋占据着举足轻重的地位。

它宛如一颗巨大的蓝色心脏，时刻进行着有节奏的“呼吸”

。

海洋的“呼吸”

，本质上是海洋与大气之间进行的气体交换过程，这一过程看似无形，却对全球气候产生着深远且决定性的影响。

氧气、二氧化碳、甲烷等气体在海洋与大气界面间的动态交换，不仅维持着海洋生态系统的平衡，更是调节全球气候的关键环节。

深入探究海洋的“呼吸”

机制及其与全球气候的紧密联系，对于我们理解地球气候系统的运行规律、预测气候变化趋势以及制定有效的应对策略至关重要。

##海洋与大气间的气体交换机制

###气体扩散原理

海洋与大气之间的气体交换主要通过分子扩散来实现。

气体分子具有从高浓度区域向低浓度区域扩散的自然趋势。

在海洋-大气界面，当海水中某种气体的浓度高于大气中该气体的浓度时，气体分子会从海水向大气扩散；反之，若大气中气体浓度更高，气体则会从大气溶入海水。

例如，在阳光充足的白天，海洋表层浮游植物通过光合作用产生大量氧气，使得海水中氧气浓度升高，此时氧气便会从海水向大气扩散。

这种基于浓度梯度的分子扩散是气体交换的基本动力，其交换速率受到多种因素的影响，如气体的溶解度、温度、风速等。

###海气界面的物理过程

海气界面并非静止不动，而是存在着复杂的物理过程。

风浪、海流等因素会不断扰动海气界面，增加气体交换的面积和速率。

风浪的作用尤为显着，海浪的破碎会形成大量的飞沫，这些飞沫将海水的微小颗粒带入大气，极大地增加了海气接触面积，加速了气体的交换。

此外，海流的运动会带动不同温度和气体浓度的海水流动，改变海气界面的气体浓度分布，从而影响气体交换的方向和速率。

例如，暖流经过的区域，海水温度较高，气体溶解度降低，有利于气体从海水向大气释放；而寒流经过时，情况则相反。

###生物活动的影响

海洋中的生物活动对气体交换起着不可忽视的作用。

浮游植物是海洋生态系统中的重要生产者，它们通过光合作用吸收二氧化碳，释放氧气。

在全球范围内，海洋浮游植物每年固定的二氧化碳量巨大，对调节大气中二氧化碳浓度起着关键作用。

同时，海洋中的细菌、浮游动物等生物的呼吸作用会消耗氧气，释放二氧化碳，影响海水中氧气和二氧化碳的浓度，进而影响海气之间的气体交换。

此外，一些特殊的微生物，如产甲烷菌，能够在特定的海洋环境中产生甲烷，甲烷作为一种强效温室气体，其在海洋与大气间的交换也受到生物活动的调控。

##关键气体的交换及其对气候的影响

###二氧化碳（CO?）

二氧化碳是海洋“呼吸”

中最重要的气体之一，也是影响全球气候的关键因素。

海洋是地球上最大的碳库，储存了大量的二氧化碳。

大气中的二氧化碳通过海气界面不断溶入海水，在海水中发生一系列的化学反应，形成碳酸、碳酸氢根离子和碳酸根离子等。

这一过程被称为海洋的“生物泵”

和“溶解度泵”

。

“生物泵”

是指浮游植物通过光合作用吸收二氧化碳，将其转化为有机物质，部分有机物质在海洋中沉降到深海，从而将碳固定在深海中；“溶解度泵”

则是由于二氧化碳在低温、高压的深海中溶解度更高，使得深层海水能够储存更多的二氧化碳。