在北极海冰卤水碳酸盐系统计算中，忽略有机碱度所引入的误差超过了假定硼与盐度比率的误差

海冰中微小成分为何重要

北冰洋是地球上从大气中去除二氧化碳（CO2）的最重要通道之一，而海冰在这一过程中扮演了出人意料的积极角色。科学家通常用一个称为碱度的化学指标来描述这种行为，它反映了海水缓冲酸性并保持碳的能力。传统上，人们假定这一指标几乎完全由简单的溶解盐和矿物控制。本研究表明，在北极海冰中，与有机物相关的一小部分被忽视的碱度，可能悄然扭曲我们对冰—海系统实际吸收CO2量的估算。

咸水、冰冻海洋与隐藏的有机物

当海水结冰时，纯净的冰晶形成并将含盐的液体——称为卤水——挤压到冰内部的狭窄通道中。这些卤水囊不仅困住盐分，还携带溶解有机物——来源于微小植物、细菌和注入北极的河流的复杂富碳化合物。先前的研究表明，这类有机物在某些沿海海域可能略微影响碱度，但它们在极地海冰中的作用记录稀少。同时，海水化学的另一个成分硼，常常仅从盐度估算，尽管有时它会偏离该经验关系。作者们因此在东部北极海冰及附近海水中直接测量了有机贡献和硼，以判断哪种不确定性对CO2计算更为重要。

考察航次在冰中的采样内容

在2023年穿越弗拉姆海峡及北极中部的研究航次中，团队从雪层、海冰岩心、表面稀薄水、冰孔卤水以及冰层下和冰块间的水体采集了140份样品。他们测量了溶解有机碳（DOC）以确定有机物含量，并使用专门的回滴定技术量化了总碱度中实际属于有机碱度的部分。在部分样品中，他们还获得了精确的pH、溶解无机碳和硼的测量值，从而可以检验包含或忽略有机物及实测硼对关键碳酸盐系统输出（如CO2分压 pCO2 和碳酸钙矿物的溶解/形成倾向）有何影响。

有机碱度：占比小、影响大

卤水样品表现出DOC和有机碱度的高值热点。平均而言，有机物仅贡献了大约0.1–1.0%的总碱度——看似非常小的比例——但这已足以显著改变计算得到的碳酸盐化学参数。有机碱度与DOC的比率与波罗的海等其他受冰影响且有机物丰富的海域观测到的值相匹配，表明这些化合物在不同地区具有相似行为。当研究者将碱度中的有机部分校正移除并重新计算碳酸盐参数时，卤水中的计算pCO2最高增加了84微大气压，而碳酸钙礁的饱和度（对造壳生物很重要）则最多下降0.2–0.3个单位。换言之，卤水看起来比标准计算所示更不利于矿物形成且含有更多CO2。

硼与有机物：哪种不确定性更重要？

鉴于先前在同一地区的研究表明硼并不总是遵循其与盐度的典型联系，团队将两类误差进行了正面比较：使用标准的硼—盐度比率与使用实测硼，以及包括与忽略有机碱度的差异。他们在模型中分别仅改变硼、仅改变有机物或同时改变两者，始终以相同的溶解无机碳和碱度测量为出发点。采用标准硼假设引起的偏差较为温和：pCO2最多改变约5微大气压，pH和矿物饱和度的变化也很小。相比之下，忽略有机碱度会系统性地低估pCO2（使水体看起来更愿意从大气中吸收CO2）并高估矿物饱和度。当他们比较从相同样品计算pCO2的不同方法时，明确包含有机碱度的方法具有最佳一致性，强调即便是微小的有机贡献也能提高内部一致性。

对北极CO2吸收的意义

研究得出结论：在北极海冰卤水及冰下水体中，忽视有机碱度对碳酸盐系统计算造成的误差远大于假定硼随盐度变化所带来的误差。由于过去大多数关于这些区域CO2交换的评估都依赖于省略有机物的基于碱度的计算，它们很可能高估了海冰和冰下水体从大气中去除CO2的能力，尤其在春季融冰释放富含有机物的卤水时更为明显。作者建议未来的极地观测要么测量非常精确的pH，要么直接测定有机碱度——至少要跟踪溶解有机碳作为代理——以更好地约束北极碳预算和海洋酸化的预测。

引用: Rush, S., Lee, CH., Lee, K. et al. Neglecting organic alkalinity introduces greater error than assuming boron to salinity ratios in Arctic sea ice brine carbonate system calculations. Sci Rep 16, 9393 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-39719-6

关键词: 北极海冰, 有机碱度, 二氧化碳吸收, 溶解有机碳, 碳酸盐化学