环绕南极洲的水域从大气中吸收的碳比它们释放的多，是一个强大的碳汇和温室气体排放的重要缓冲区。来自研究飞机的新观察表明，南大洋从大气中吸收的碳比它释放的多，证实它是一个强大的碳汇，是对人类造成的温室气体排放影响的一个重要缓冲区。以前的研究和建模使研究人员无法确定有多少大气中的二氧化碳（CO2）被环绕南极大陆的寒冷水域吸收。
在2021年12月发表在《科学》杂志上的一项由美国宇航局支持的研究中，科学家们利用飞机对大气二氧化碳的观测，"表明南纬45度以南的海洋每年的碳净通量很大，与其他最近的观测结果相比，夏季的吸收量更强，冬季的放气量更少。"他们发现，该地区的水域每年吸收的碳大约比释放的多0.53 petagrams（5.3亿公吨）。
"机载测量显示，夏季南大洋表面低层大气中的二氧化碳有所减少，表明海洋对碳的吸收，"该研究的主要作者、美国国家大气研究中心（NCAR）的科学家Matthew Long解释道。飞机的观测数据是在2009年至2018年的三次现场实验中收集的，包括2016年美国宇航局的大气层断层成像任务（ATom）。
本页的动画和静态图像显示了2012年全球海洋吸收二氧化碳（蓝色）和排放二氧化碳（红色）的区域。(跳到视频1:00处可关注南半球）数据来自ECCO-达尔文全球海洋生物地球化学模型。这项研究得到了美国国家科学基金会、美国国家航空航天局和美国国家海洋和大气管理局的资助。
当人类造成的二氧化碳排放进入大气层时，一些气体被海洋吸收，这个过程可以稍微减缓大气层中的碳积累以及随之而来的全球温度上升。这部分是由于来自深海的冷水上涌所致。一旦到了表面，较冷的、营养丰富的水从大气中吸收二氧化碳--通常是在称为浮游植物的光合作用生物的帮助下--然后再下沉。
计算机模型表明，全世界人类产生的海洋中40%的二氧化碳最初是从大气中吸收到南大洋的，这使它成为我们星球上最重要的碳汇之一。但是测量二氧化碳从空气到海洋的通量或交换量一直是一个挑战。
以前对南大洋碳通量的许多研究主要依赖于对海洋酸度的测量--当海水吸收二氧化碳时，酸度会增加--由漂浮的仪器进行测量。新的研究使用飞机来测量海洋上空大气中二氧化碳浓度的变化。
"你不能欺骗大气层，"Long说。"虽然从海洋表面和陆地上进行的测量很重要，但它们太稀少了，无法提供一个可靠的空气-海洋碳通量图。然而，大气层可以整合大面积的通量"。
在这项新的研究中，研究人员使用了来自三个现场实验的机载测量。ATom、HIPPO和ORCAS，这些现场实验捕获了一系列大气层不同高度和不同季节的二氧化碳垂直变化的快照（或轮廓）。例如，在2016年初的ORCAS活动中，科学家们看到了飞机下降时二氧化碳浓度的下降，同时也检测到了海洋表面附近的高湍流，表明存在气体交换。这样的剖面图，加上几个大气模型，帮助团队更好地估计碳的通量。