一種增強海洋碳匯方法及人工造流裝置的制造方法
【技術領域】
[0001]本發明屬于海洋生態工程領域，尤其是涉及一種增強海洋碳匯的方法及人工造流
目.0
【背景技術】
[0002]自工業革命以來，由于人類活動的影響，大氣中CO2的濃度顯著增加，全球變暖現象日趨嚴重，而碳匯是緩解全球氣候變暖的重要途徑。海洋作為重要的碳匯已經受到越來越多的關注，海洋系統是地球上最大的碳匯(參見，石洪華，王曉麗，鄭偉等.海洋生態系統固碳能力估算方法研究進展[J].生態學報，2014，34(1): 12-22.)，地球上約93%的0)2儲存在海洋中，約為大氣的50倍，海洋碳庫在碳的全球生物地球化學循環中起著重要作用。海洋生物捕獲⑶2的能力被稱為“藍色碳匯”，也叫做“海洋碳匯”(參見，許冬蘭.藍色碳匯:海洋低碳經濟新思路[J].中國漁業經濟，2011,29(6):44-49.)。目前已知的海洋固碳機制主要包括生物栗、物理栗(溶解度栗)和碳酸鹽(反向)栗。
[0003]物理栗是由物理過程(如熱通量、渦動、擴散等)為媒介的碳的物理交換過程，驅動力來自海洋緩慢的環流以及冷水中CO2的溶解度高于溫暖水體，溶解度栗人為調控非常困難，并且CO2溶于水后會形成碳酸，加劇海洋酸化，可導致外殼為鈣質的貝殼、甲殼類動物、鈣化藻類、以及珊瑚溶解。碳酸鹽(反向)栗生成Imol碳酸鈣最終會有0.67mol CO2釋放到大氣中去，這兩個相反的過程可以決定鈣化過程對海洋表層CO2是“源”或“匯”，通常用雨率，即在輸出真光層的生源顆粒物中無機碳和DOC的比率來表示，如果光合作用固碳大于凈釋放CO2，雨率高于1.5，才能看作碳匯。由于碳酸鈣的形成都是在真光層，所釋放的CO2都是在真光層中積累，因此，在短時間尺度內，通過形成碳酸鈣降低大氣CO2效果不明顯。
[0004]生物栗，又稱有機碳栗，是基于生物介導的將碳由表層向深海以及海底沉積環境沉降的過程，生物在這個過程中起到一種“通道”的作用，在海洋生態系統的碳循環過程中主要是由有機碳栗實現的。近年來，以真核微藻和藍細菌等光合自養的浮游植物進行光合固碳的方法已受到廣泛關注(如公共號CN104430080，CN104472409)。浮游植物是海洋中的初級生產力，地球表面超過70%的面積為海洋，為表層真光層的浮游植物提供足夠的光合作用場所，因此利用生物栗固碳具有極大的應用潛力，然而由于真光層中缺乏營養物質，從而限制了生物栗的固碳作用，現有報道的技術往往需要大面積投加鐵鹽等營養物質才能達成一定效果(參見，李純厚，齊占會，黃洪輝等.海洋碳匯研究進展及南海碳匯漁業發展方向探討[J].南方水產，2010 ,6(6):81-86.及，孫軍.海洋浮游植物與生物碳匯.生態學報，2011,31(18):5372-5378.)0
[0005]值得注意的是，在真光層以下，儲存在深海底部有大量的營養物質，只需將深海的營養鹽提取到真光層，就有可能促進浮游植物的生長繁殖，增加浮游植物吸收固定大氣中CO2效率;另一方面，只有表層的碳為海洋生物吸收，并被輸送到深海后，該生物栗才是有效的，然而自然條件下動植物殘骸、糞球等到達深海是慢速的沉降，而慢速的沉降將導致死亡的浮游植物很快被細菌裂解、降解成為溶解有機物或CO2釋放達到水體中，這樣碳只會停留在上層水體中，并未參與到碳的溶解栗過程中，對于碳匯沒有貢獻，因此實現碳的快速沉降是強化生物栗碳匯作用的另外一個有待解決的關鍵問題。
【發明內容】
[0006]本發明的目的在于克服現有生物栗固碳技術存在的缺陷，提供一種利用人工上升流作用提升深海中的營養鹽，促使表層浮游植物大量繁殖，并且通過人工下沉流加速浮游植物沉降的海洋生態工程系統及其構建方法，從而大大增強海洋碳匯。
[0007]本發明提出了一種增強海洋碳匯方法，該方法包括以下步驟:
[0008]步驟一:利用人工造流裝置形成上升流，將深海中富含營養鹽的海水提升至表面真光層，為浮游植物提供廣闊的光合作用場所，并提供充足的營養和光照條件；
[0009]步驟二:表層浮游植物在豐富的營養鹽水體中大量繁殖，當光照，溫度，營養鹽條件都滿足后，通過光合作用將大量的CO2轉化為浮游植物體內有機物；
[0010]步驟三:待浮游植物大量繁殖直到達到較高生物量后，再利用人工造流裝置內螺旋槳，形成下沉流將浮游植物快速吸入深海，在沒有光照和低溫環境中，浮游植物迅速死亡，碳隨著死亡生物體的殘骸沉到海底，儲存在海洋碳庫中。
[0011]本發明還提出了一種用于增強海洋碳匯的人工造流裝置，包括:
[0012]筒狀結構的主體，其從海綿延伸至深海中；
[0013]浮游植物搜集口，其設置在所述主體的上部，用于收集浮游植物；
[0014]氣腔，其設置在所述主體的中部，通過管道與海面上的空氣壓縮機連接，用于在所述主體內形成氣團，推動所述主體內的水體上升或下降；
[0015]海面浮架，其設置在所述主體的頂部，所述海面浮架內部設有浮子和螺旋槳;及
[0016]沉子，其設置在所述主體的底部，用于使所述主體垂直豎立于海洋中并保持穩定。
[0017]本發明提出的所述人工造流裝置中，所述主體的直徑為l-3m，高度為20-30m，頂部距水面1-2m。
[0018]本發明提出的所述人工造流裝置中，所述氣腔的氣腔體積0.5-lm3，寬度為0.5_lm，高度為l_3m。
[0019]本發明提出的所述人工造流裝置中，所述海面浮架為高密度聚乙烯管材構成，直徑為8m，網深5米。
[0020]本發明提出的所述人工造流裝置中，所述浮子為直徑為0.5m的球形塑料泡沫。
[0021]本發明提出的所述人工造流裝置中，所述沉子為單重為5kg的水泥砌塊。
[0022]本發明提出的所述人工造流裝置中，所述螺旋槳為塑膠槳，直徑為lm，槳葉數目為4，轉速為>300轉/分。
[0023]本發明提出的所述人工造流裝置中，所述人工造流裝置產生的上升流持續時間至少12h/天，流速為l-2m/s;下沉流流速為l-2m/s，確保浮游植物能被快速吸入海底，持續時間為>12h/天。
[0024]本發明提出的所述人工造流裝置中，當在夏季水體熱分層劇烈時期實施時，上升流模式運行時間為5-7天;下沉流運行模式為3-5天。
[0025]本發明的有益效果在于:
[0026]本發明提供了一項簡便，高效，綠色，環保，安全，可持續的工程，利用自下而上的水體流動使大量深海營養鹽進入海水表層，促進浮游植物生長繁殖，從空氣中吸收大量的CO2，降低大氣CO2濃度，緩減全球氣候變暖危機。該方法可以利用現有裝置進行人為調控，使得人類根據需要控制大氣中CO2的想法得以變成現實。
[0027]本發明所利用的光，熱，肥(營養鹽)等物質消耗資源均為免費的，所以是一項低成本，高回報的海洋碳匯方案，通過啟動人工造流裝置內部螺旋槳，快速將浮游植物沉入深海中，避免慢速沉降過程中由于裂解和降解的過程而無法將C儲存在海底，將固碳方法由傳統的物理化學方法轉為生物固碳方法，將全球碳匯的主戰場由陸地森林轉為海洋生態系統。
【附圖說明】
[0028]圖1為人工造流裝置的結構示意圖；
[0029]圖2為水流在人工造流裝置中的示意圖。
[0030]圖1-2中，1-主體，2-海面浮架，3-浮子，4-浮游植物搜集口，5_螺旋槳，6_沉子，7_進氣口，8-氣腔，9-氣團。
【具體實施方式】
[0031]結合以下具體實施例和附圖，對本發明作進一步的詳細說明。實施本發明的過程、條件、實驗方法等，除以下專門提及的內容之外，均為本領域的普遍知識和公知常識，本發明沒有特別限制內容。
[0032]本發明增強海洋碳匯的方法具體實施步驟如下:
[0033]I)選擇適宜開展的現場工作的半封閉