珊瑚能储存碳吗？

文章来源：珊瑚礁国际论坛

在生态系统中储存碳，日益被认为是应对气候变化的一种方式，但是珊瑚骨骼储存和释放碳，是一个复杂的问题。本篇是对珊瑚骨骼形成背后的生物过程研究的分享介绍。

珊瑚骨骼的三维结构使珊瑚生态系统能够为海洋物种提供栖息地、避难所和食物。同时，它还能通过减轻海浪的力量来保护海岸线免受侵蚀，从而造福世界各地的人类社区。因此，就其骨骼的形状而言，珊瑚不仅对海洋生态系统至关重要，对沿海社区更是如此。

·珊瑚骨骼的形成

Hermatypic珊瑚，也被称为造礁珊瑚，作为珊瑚礁石灰岩框架的起源，这是整个生态系统赖以生存的生物矿物结构。不同于那些碳酸钙骨架以方解石形式存在的软珊瑚(柳珊瑚、异径珊瑚、翡翠珊瑚)，造礁珊瑚文石状石灰石骨架的刚性，使它们成为完美的珊瑚礁工程师(Allemand et al.，2004)。

石灰岩的骨架造就了珊瑚的各种形状，它还有助于与微藻共生的珊瑚(也称为虫黄藻)对光线的传播和吸收(Enriquez et al.，2005)。钙化，或称生物矿化，是指珊瑚产生骨骼的速度。通过这一过程，碳酸钙骨架(CaCO3)以文石的形式结晶(Courtial et al.，2021)。这要归功于钙和碳的积累和转化。

1、碳有两个来源，珊瑚呼吸所产生的二氧化碳(CO2)和海水中存在的碳酸氢盐离子(HCO3–)；

2、海水中的钙离子(Ca2+)和碳酸氢盐离子(HCO3–)被珊瑚虫捕获，并通过四层细胞到达成钙细胞，这是石灰岩骨骼之前的最后一层(Tambutté et al.，2011)。也正是在这里，二氧化碳被转化为碳酸氢盐离子，如下面的反应 (1)所示:

CO2 + H2O ⇔ HCO3– + H+ (1)

二氧化碳+水⇔碳酸氢盐离子+氢离子

一旦沉淀下来，碳酸氢盐和钙离子就转化为碳酸钙，与此同时，反应(2)释放出一种氢离子。反应(1)后，这些氢离子与碳酸氢盐离子反应生成CO2。

Ca2+ + HCO3– ⇔ CaCO3 + H+ (2)

钙离子+碳酸盐离子⇔碳酸钙+氢离子

最后，碳酸钙的生成过程如图(3)所示:

Ca2+ + 2 HCO3–⇔ CaCO3 + CO2 + H2O (3)

钙离子+碳酸盐离子⇔碳酸钙+二氧化碳+水

碳酸钙 (CaCO3) 沉淀在文石晶体中，即珊瑚骨架的砖块中。事实上，生物矿化过程不断重复，形成构成骨架的文石链。然而，正是有机基质定义了这些晶体序列的结构，从而对珊瑚施加了特定的形态。它由指导石灰岩骨架形成的蛋白质、脂质和碳水化合物组成（Reyes-Bermudez 等，2009）。

因此，骨架形成或生物矿化作为一个过程，既需要将离子运输到细胞中，又需要珊瑚有机基质对构建进行监督。

通过虫黄藻的生物矿化和光合作用，珊瑚成为了无机碳汇及来源的交易平台。通过光合作用，珊瑚组织中存在的共生虫黄藻消耗二氧化碳并为珊瑚提供氧气（Courtial 等，2021）。而关于生物矿化，珊瑚捕获二氧化碳和碳酸氢根离子以构建其石灰石骨架。

然而，在钙化过程中，反应 (1) 和 (2) 中产生的氢离子 ( H+) 与碳酸氢根离子 (HCO3–) 以反应 (1) 的相反方式反应生成 CO2。这意味着在珊瑚组织中诱导产生和释放 CO2，在骨骼形成后使用过量的 H+，以重新建立平衡（Allemand 等，2004）。珊瑚中的生物矿化通过氢离子转化过程中发生的二氧化碳的释放而成为碳的来源。事实上，在海洋环境中，每沉淀出1个单位（mol）的 CaCO3，就会释放 0.6个单位（mol）的 CO2（Ware，1991）。

另一方面，珊瑚呼吸会释放二氧化碳。尽管其中一些被虫黄藻使用，但另一部分碳最终会进入海中。

·珊瑚和碳的争论

关于珊瑚在碳捕获和释放中的作用，无论是在个体规模还是整个生态系统的规模上，都存在着很大的争论。科学界经常面临着涉及不同规模过程的复杂性，以及自然环境中珊瑚礁内所存在的各种变化。

这种无机碳比例(储存/释放)对整个珊瑚礁的规模有什么影响? 鉴于当前的气候挑战，海洋中无机碳的储存和释放引发了人们对珊瑚礁的碳平衡作用及其面临威胁的问题与思考，特别是针对其骨骼形成和对生态支持等方面。

（资料来源：Coral Guardian）