生物泵

生物泵是海洋生态系统中一个关键过程，它描述了浮游植物等生产者通过光合作用吸收大气中的二氧化碳，并将其转化为有机碳，随后通过沉降、食物链传递和分解等过程，将碳从海洋表层转移到深海乃至海底沉积物中的一系列生物驱动机制。

1. 起点：光合作用与初级生产

   • 这个过程始于海洋表层的透光区，这里有充足的阳光。浮游植物（主要是微小的藻类）利用太阳能，将溶解在海水中的二氧化碳和水，通过光合作用合成有机物（如糖类），并释放出氧气。这个步骤将无机碳固定为有机碳，是海洋碳循环的入口，也是生物泵的能量来源。

2. 传递与消耗：食物网与颗粒物的形成

   • 浮游植物形成的有机质并不会全部直接下沉。它们会被浮游动物（如桡足类）摄食。浮游动物在摄食后，一部分有机碳通过呼吸作用以二氧化碳的形式返回环境，另一部分则转化为自身组织，进入了更高的营养级。
   • 此外，浮游植物细胞、浮游动物的粪便颗粒、以及生物死亡后的残骸等，会相互聚集，形成更大的、富含有机质的颗粒，称为“海雪”。这些颗粒因其较大的体积和重量，开始缓慢地向海洋深处沉降。

3. 核心过程：垂直沉降

   • “海雪”等有机颗粒从阳光照射的表层海洋持续不断地向下沉降，穿过数百至数千米的水体。这个景象如同在下雪，因此得名。沉降过程是生物泵将碳从海洋表层移除的关键物理步骤。

4. 再矿化与碳封存

   • 在颗粒物沉降的过程中，它们会遭遇不同深度的细菌和异养微生物。这些微生物会分解和消耗颗粒物中的有机碳，将其重新转化为无机营养盐和二氧化碳。这个过程被称为“再矿化”。
   • 绝大部分（约超过90%）的沉降有机碳在到达深海之前就被再矿化了，释放的二氧化碳会溶解在海水中。
   • 然而，有一小部分（约1%）有机碳能够抵抗分解，最终抵达数千米深的海洋底层，并可能被埋藏在海底沉积物中，从而与大气隔绝长达数百年甚至千年以上。这部分碳就被有效地“泵”出了当前的大气碳循环，实现了长期的封存。

5. 整体意义与影响

   • 生物泵是地球碳循环，特别是“生物地球化学循环”中的一个核心环节。它像一个巨大的 conveyor belt，持续地将大气中的二氧化碳输送到深海，极大地调节了地球的气候。如果没有生物泵，大气中的二氧化碳浓度会比现在高得多，全球变暖问题会更加严峻。
   • 因此，理解生物泵的运作机制、效率及其对气候变化的响应，对于预测未来气候变化趋势至关重要。