[发明专利]一种增强海洋碳汇方法及人工造流装置

说明书

本发明公开了一种增强海洋碳汇方法。本发明利用浮游植物光合作用吸收CO₂增加海洋碳汇。具体步骤为利用特制的人工造流装置引发上升流将深海丰富的营养盐海水提升至表面真光层，使得表层浮游植物大量繁殖(甚至于引发赤潮)并参与光合作用，通过光合作用将大量的CO₂转化为浮游植物体内有机物，然后再利用该人工造流装置引发下沉流将浮游植物快速吸入深海，在没有光照和低温环境中，浮游植物迅速死亡，碳随着死亡生物体的残骸沉到海底，储存在海洋碳库中。该方法通过促进海洋浮游植物繁殖并且快速沉降浮游植物至海底来提高海洋碳汇量，从而有效降低大气CO₂浓度，减缓气候变暖危机。本发明还公开了一种用于增强海洋碳汇的人工造流装置。

技术领域

本发明属于海洋生态工程领域，尤其是涉及一种增强海洋碳汇的方法及人工造流装置。

背景技术

自工业革命以来，由于人类活动的影响，大气中CO₂的浓度显著增加，全球变暖现象日趋严重，而碳汇是缓解全球气候变暖的重要途径。海洋作为重要的碳汇已经受到越来越多的关注，海洋系统是地球上最大的碳汇(参见,石洪华,王晓丽,郑伟等.海洋生态系统固碳能力估算方法研究进展[J].生态学报,2014,34(1):12-22.)，地球上约93％的CO₂储存在海洋中，约为大气的50倍，海洋碳库在碳的全球生物地球化学循环中起着重要作用。海洋生物捕获CO₂的能力被称为“蓝色碳汇”，也叫做“海洋碳汇”(参见，许冬兰.蓝色碳汇:海洋低碳经济新思路[J].中国渔业经济,2011,29(6):44-49.)。目前已知的海洋固碳机制主要包括生物泵、物理泵(溶解度泵)和碳酸盐(反向)泵。

物理泵是由物理过程(如热通量、涡动、扩散等)为媒介的碳的物理交换过程，驱动力来自海洋缓慢的环流以及冷水中CO₂的溶解度高于温暖水体，溶解度泵人为调控非常困难，并且CO₂溶于水后会形成碳酸，加剧海洋酸化，可导致外壳为钙质的贝壳、甲壳类动物、钙化藻类、以及珊瑚溶解。碳酸盐(反向)泵生成1mol碳酸钙最终会有0.67mol CO₂释放到大气中去，这两个相反的过程可以决定钙化过程对海洋表层CO₂是“源”或“汇”，通常用雨率，即在输出真光层的生源颗粒物中无机碳和DOC的比率来表示，如果光合作用固碳大于净释放CO₂，雨率高于1.5，才能看作碳汇。由于碳酸钙的形成都是在真光层，所释放的CO₂都是在真光层中积累，因此，在短时间尺度内，通过形成碳酸钙降低大气CO₂效果不明显。

生物泵，又称有机碳泵，是基于生物介导的将碳由表层向深海以及海底沉积环境沉降的过程，生物在这个过程中起到一种“通道”的作用，在海洋生态系统的碳循环过程中主要是由有机碳泵实现的。近年来，以真核微藻和蓝细菌等光合自养的浮游植物进行光合固碳的方法已受到广泛关注(如公共号CN104430080，CN104472409)。浮游植物是海洋中的初级生产力，地球表面超过70％的面积为海洋，为表层真光层的浮游植物提供足够的光合作用场所，因此利用生物泵固碳具有极大的应用潜力，然而由于真光层中缺乏营养物质，从而限制了生物泵的固碳作用，现有报道的技术往往需要大面积投加铁盐等营养物质才能达成一定效果(参见，李纯厚,齐占会,黄洪辉等.海洋碳汇研究进展及南海碳汇渔业发展方向探讨[J].南方水产,2010,6(6):81-86.及，孙军.海洋浮游植物与生物碳汇.生态学报,2011,31(18):5372-5378.)。