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Green Carbon科普 | 海藻的碳汇秘密：不只是“吸碳”，还会“造石头”

已有 137 次阅读 2026-9-9 20:56 |系统分类:论文交流

01 专刊介绍

Green Carbon是由中国科学院青岛生物能源与过程研究所（以下简称"青岛能源所"）主办的英文学术期刊，致力于报道绿色与可持续技术领域的前沿交叉成果。

二十载耕耘，薪火相传。恰逢青岛能源所成立20周年之际，Green Carbon第13期（Volume 4, Issue 3）将作为“青岛能源所建所20周年专刊”于2026年9月出版。

本专刊收录20篇主编特邀高水平文章，作者均为长期关心支持青岛能源所发展的战略科学家，以及绿色碳科学相关领域的公认领军专家。专刊涵盖绿碳科学与可持续技术领域的基础科学发现、关键技术创新、系统过程集成，以及标准与政策框架建议等内容，全面呈现该领域的代表进展与未来方向。

衷心感谢所有撰稿人为本专刊贡献前瞻性学术洞见、系统综述与标志性研究成果，以及对青岛能源所与Green Carbon期刊的大力支持！

我们为什么需要关注海洋碳汇？

过去三年（2023—2025年），全球平均气温比工业化前（1850—1900年）高出1.5 ℃以上。冰川加速融化、极端天气频发、海平面持续上升——气候变化不再是遥远的威胁，而是眼前的现实。

为了遏制全球变暖，各国纷纷提出“碳中和”目标。核心思路是：减少碳排放的同时，想办法把大气中的二氧化碳“抓”回来，长期封存起来。

说到储碳，大家第一反应往往是森林——树木通过光合作用吸收二氧化碳，把碳锁在木材、土壤或沉积物里。这叫“绿色碳汇”。

但很多人不知道的是，海洋才是地球上最大的碳库。海洋储存了大约38万亿吨碳，是大气碳库的50倍。而海洋生态系统——红树林、海草床、盐沼、海藻林——固碳效率不亚于陆地森林。

这就是“蓝色碳汇”。

在“蓝色碳汇”的家族里，海藻是一个特别的存在。

海藻：低调的固碳冠军

走在海边，你可能见过石莼、海带、裙带菜这些海藻。它们看起来不起眼，甚至有些“脏兮兮”，但它们的固碳能力，远超大多数人的想象。

海藻生长速度快。一片海带从孢子到成熟，只需要几个月；石莼在营养充足的海域，一周就能翻倍生长。这种生长速度，意味着它们能快速把大气和海水中的二氧化碳转化成自身的生物量（有机质）。

海藻分布面积广。从热带到极地、从近岸到深海，大型海藻几乎无处不在。学界估计，全球大型海藻的分布面积在300万至700万平方公里之间。

海藻光合作用效率高。虽然海水里二氧化碳浓度不高，但海藻进化出了一套“碳浓缩机制”，能主动把周围海水里的碳“抓”进来，光合作用效率甚至比陆地植物还高。

全球大型海藻每年通过光合作用生产的有机碳总量（净初级生产）在十亿吨级别——仅褐藻森林一项，年净初级生产就约合13亿吨碳。

而且，中国是全球最大的海藻养殖国，养殖产量长期占全球的半数以上，在早年的高峰期甚至超过70%。这些海藻不仅是食品、工业原料，还是重要的“蓝色碳汇”资源。

【科普小知识：固碳≠储碳】

光合作用完成的是“固碳”，只是把二氧化碳转变成有机质；但这些碳未必能长期保存。海藻的有机碳会通过被海洋动物摄食、微生物分解等多种途径重新回到碳循环。只有少部分碳躲过各类损耗，被转化为难啃的顽固碳或被长久埋藏，又或者被输送到深海，才算真正实现“储碳”（碳汇）。

那么，海藻到底是怎么储碳的？

传统认知：海藻通过“有机碳汇”储碳

长期以来，科学家对海藻储碳的理解是这样的：

海藻通过光合作用，把二氧化碳和水变成有机物——糖、蛋白质、脂肪。这些有机物一部分支撑海藻自己生长，一部分被海藻分泌到海水里，还有一部分在海藻死亡后，沉入海底。

沉到海底的有机物，有些会被微生物快速分解，二氧化碳重新释放回海水和大气；但也有一部分会被埋藏在沉积物里，或者转化成难以分解的“顽固分子”（比如惰性溶解有机碳），在海水里漂浮上千年。

这就是“有机碳汇”——通过有机物的形式，把碳从大气-海洋系统里“锁”起来。

历经数十年研究，这条路径的理论框架已基本明晰。全球海藻每年通过有机碳汇途径，能长期封存数千万到上亿吨碳。

但最近，科学家发现，海藻储碳还有另一条路径，而这条路径长期被忽视了。

换被忽视的路径：无机碳汇

2026年，厦门大学焦念志院士团队和中国科学院青岛能源所张永雨研究员团队在国际期刊Green Carbon上发表一篇综述论文，系统梳理了海藻储碳的另一条路径——“无机碳汇”（https://doi.org/10.1016/j.greenca.2026.08.002）。

什么是无机碳汇？

简单说，就是把碳以碳酸盐矿物的形式固定并储存下来，而不是有机物。最典型的无机碳矿物，就是碳酸钙——珊瑚礁、贝壳、石灰岩的主要成分。

珊瑚、贝类会主动“造壳”，这大家都知道。但科学家发现，石莼、海带这些普通海藻，虽然没有“钙化机器”，却也能诱导碳酸钙在它们周围形成。

在海边，你可能见过海藻叶片上附着的白色细小颗粒。以前大家以为那是盐晶、泥沙，但其实很多是碳酸钙。

更神奇的是，这些碳酸钙不是从别处飘来的，而是海藻通过改造周围海水的化学环境，让碳酸钙自然析出来的。

【科普小知识：“造石头”为何能储碳？】

虽然碳酸钙形成的化学反应本身也会释放二氧化碳，但碳酸钙颗粒的析出相当于把海水中的二氧化碳变成了坚硬的石头而固化下来；这条路径另一个重要的价值，来自矿物的压舱效应——碳酸钙密度大，如同压舱石，裹挟海藻碎屑加速沉降，减少有机质在海水里被分解，间接提升有机碳埋藏效率。当然，碳酸钙在一些局部酸性环境中也会重新溶解，海水是碱性环境，碳酸钙如果躲过溶解、永久埋入海底，将贡献无机碳汇。

海藻怎么“造石头”？

海藻不会主动“造石头”，但它们有办法把周围海水变成一个“自动结晶车间”。

第一步，海藻通过光合作用，改造周围海水的化学环境。

海藻做光合作用时，会大量消耗海水里的二氧化碳。二氧化碳一减少，海水的pH值就上升（也就是酸性降低），碳酸根离子就增多。

碳酸根离子一多，遇到海水里本来就有的钙离子，两者一结合，碳酸钙就容易析出了。

在海藻密集的地方——比如石莼绿潮暴发区、海带养殖场——这个效应特别明显。科学家监测发现，某些局部海域的海水碳酸钙饱和度，能远远超过自然析出的临界值。

第二步，海藻在自己的表面提供“结晶点”。

碳酸钙要从海水里析出，得有个“起点”让它开始结晶。海藻的细胞壁和分泌的黏液，富含带负电的基团，就像一个个小磁铁，能高效吸附钙离子。

钙离子一富集，碳酸根一靠近，结晶的门槛就大大降低了。于是，碳酸钙就在海藻表面一点点“长”出来。

第三步，海藻身边的细菌“帮忙”。

海藻不是“光杆司令”。它们的表面附着着数以亿计的细菌，这些细菌和海藻形成“共生体”。

海藻光合作用产生的有机物“喂养”细菌，细菌则通过各种代谢途径——分解尿素、进行反硝化作用、分泌特殊的酶——进一步提升周围海水的碱度，加速碳酸钙的形成。