海洋是地表系统最大的碳库，约是大气碳库的50倍和陆地碳库的20倍。海气CO₂通量是认识海洋在全球碳循环中作用的关键。上个世纪50-60年代大气核试验排放大量的¹⁴C到大气中，产生大气Δ¹⁴C高于海水表层Δ¹⁴C的梯度差。两者的梯度差使得核爆¹⁴C进而渗入到海洋；这些渗入的核爆¹⁴C可以用来示踪海气CO₂通量。

　　中国科学院地球环境研究所周卫健院士团队、牛振川研究员等基于“实验3号”科考船（图1）和加速器质谱仪，观测了南海地区大气和海水溶解性无机碳的Δ¹⁴C值，比较了核爆前和现在海水Δ¹⁴C的剖面变化（图2）；并以此计算了核爆¹⁴C的平均渗入深度和单位面积核爆¹⁴C的清单，进而获得了南海地区近60年海气CO₂的平均交换通量20.2±2.8 mol m^-2 yr^-1和净通量0.54±0.08 mol m^-2 yr^-1（表1）；此数据与南海地区历年47次航测得到的CO₂通量均值0.44±0.62 mol m^-2 yr^-1（Li et al., 2020）相接近。此外，团队还观测到由于核爆效应的减小和化石燃料的排放使得南海地区海气Δ¹⁴C梯度发生倒转，即海水表层Δ¹⁴C值高于大气Δ¹⁴C；并计算了表层海水向大气释放¹⁴C的通量（7.4±5.0×10¹¹ atoms m^-2 yr^-1）。

　　为准确认识我国海洋碳库的大小进而助力“碳中和”目标的早日实现，需要除航测、卫星遥感和高塔涡度相关之外的更多手段来相互校验；该研究展示了核爆¹⁴C在示踪海气CO₂通量方面的应用。

　　研究受到国家自然科学基金（41773141、42173082 和 41730108）和中科院先导A的共同资助（XDA23010302），最近发表在Journal of Geophysical Research: Biogeosciences。文章详细信息如下：

　　Niu, Z., Zhou, W., Zhao, H., Feng, X., & Lyu, M. (2022). Radiocarbon in the atmosphere and seawater in the South China Sea: Flux, inventory and air-sea CO₂ exchange rate tracing. Journal of Geophysical Research: Biogeosciences, 127, e2021JG006380. https://doi.org/10.1029/2021JG006380

　　图1“实验3号”科考船

　　图2 南海地区核爆前和现在海水Δ¹⁴C的剖面变化图。部分数据来自Bien et al. (1965)、Ostlund & Stuiver (1980)、Bolton et al. (2016)、Ding et al. (2020)、Mitsuguchi et al. (2007)、Ramos et al. (2019)和Wu & Fallon (2020)。