環繞南極洲的水域從大氣中吸收的碳比它們釋放的多，是一個強大的碳匯和溫室氣體排放的重要緩衝區。來自研究飛機的新觀察表明，南大洋從大氣中吸收的碳比它釋放的多，證實它是一個強大的碳匯，是對人類造成的溫室氣體排放影響的一個重要緩衝區。以前的研究和建模使研究人員無法確定有多少大氣中的二氧化碳（CO2）被環繞南極大陸的寒冷水域吸收。
在2021年12月發表在《科學》雜誌上的一項由美國宇航局支持的研究中，科學家們利用飛機對大氣二氧化碳的觀測，”表明南緯45度以南的海洋每年的碳凈通量很大，與其他最近的觀測結果相比，夏季的吸收量更強，冬季的放氣量更少。”他們發現，該地區的水域每年吸收的碳大約比釋放的多0.53 petagrams（5.3億公噸）。
“機載測量顯示，夏季南大洋表面低層大氣中的二氧化碳有所減少，表明海洋對碳的吸收，”該研究的主要作者、美國國家大氣研究中心（NCAR）的科學家Matthew Long解釋道。飛機的觀測數據是在2009年至2018年的三次現場實驗中收集的，包括2016年美國宇航局的大氣層斷層成像任務（ATom）。
本頁的動畫和靜態圖像顯示了2012年全球海洋吸收二氧化碳（藍色）和排放二氧化碳（紅色）的區域。(跳到視頻1:00處可關注南半球）數據來自ECCO-達爾文全球海洋生物地球化學模型。這項研究得到了美國國家科學基金會、美國國家航空航天局和美國國家海洋和大氣管理局的資助。
當人類造成的二氧化碳排放進入大氣層時，一些氣體被海洋吸收，這個過程可以稍微減緩大氣層中的碳積累以及隨之而來的全球溫度上升。這部分是由於來自深海的冷水上涌所致。一旦到了表面，較冷的、營養豐富的水從大氣中吸收二氧化碳–通常是在稱為浮游植物的光合作用生物的幫助下–然後再下沉。
計算機模型表明，全世界人類產生的海洋中40%的二氧化碳最初是從大氣中吸收到南大洋的，這使它成為我們星球上最重要的碳匯之一。但是測量二氧化碳從空氣到海洋的通量或交換量一直是一個挑戰。
以前對南大洋碳通量的許多研究主要依賴於對海洋酸度的測量–當海水吸收二氧化碳時，酸度會增加–由漂浮的儀器進行測量。新的研究使用飛機來測量海洋上空大氣中二氧化碳濃度的變化。
“你不能欺騙大氣層，”Long說。”雖然從海洋表面和陸地上進行的測量很重要，但它們太稀少了，無法提供一個可靠的空氣-海洋碳通量圖。然而，大氣層可以整合大面積的通量”。
在這項新的研究中，研究人員使用了來自三個現場實驗的機載測量。ATom、HIPPO和ORCAS，這些現場實驗捕獲了一系列大氣層不同高度和不同季節的二氧化碳垂直變化的快照（或輪廓）。例如，在2016年初的ORCAS活動中，科學家們看到了飛機下降時二氧化碳濃度的下降，同時也檢測到了海洋表面附近的高湍流，表明存在氣體交換。這樣的剖面圖，加上幾個大氣模型，幫助團隊更好地估計碳的通量。