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當「微小」失聲時：鈣化浮游生物、氣候模型與我們忽略的海洋智慧

 

利創智能圖靈學院
科楠老師
2025-11-13

 

前言

 

    最近一篇Universitat Autònoma de Barcelona 的研究團隊於 Science 發表之評論文章《Calcifying plankton: From biomineralization to global change》所介紹的內容，及 SciTechDaily 的報導《Are Our Climate Predictions Wrong? The Case of the Missing Plankton》中表示有一項新研究提醒：海洋裡那些被忽略的「微生物」或許才真正是決定未來氣候走向的關鍵。這些生物看似不起眼：鈣化浮游生物（calcifying plankton）──包括鈣結殼的單細胞生物，如 Coccolithophore（球石藻）、有孔蟲（foraminifers）、翼足浮游生物（pteropods）等。它們的生長、鈣化、死亡與殼體分解，對海水化學與碳循環有深遠影響。若我們的氣候模型忽略了它們，就如寫劇本卻省略了配角──劇情可能偽造。
本文將從三面來分析：一是這些生物為何重要；二是目前氣候模型忽略哪些機制；三是對台灣與全球的意義與建議。我們試從系統思維看海洋與氣候交互的視角，從實務與政策端提出可行路徑。

 

一、鈣化浮游生物的作用：小殼，大力量

 

1.1 誰是鈣化浮游生物？

 

    鈣化浮游生物泛指那些在海洋上層（光照區）形成碳酸鈣殼體（CaCO₃）的浮游微生物。主要有三大族群：

 

• 球石藻（coccolithophores）
• 有孔蟲（foraminifers）
• 翼足浮游生物（pteropods）

 

    這三者佔據現代海洋中大部分的 CaCO₃ 產量。
  它們透過下列方式，深刻影響地球系統：

• 在殼體形成過程中，改變海水鹼度與碳酸根濃度。
• 殺死或沉降後，殼體或有機質下沉至深海，為有機碳與無機碳「出海」的途徑。
• 殼體若在上層即溶解（“淺層溶解”），會將碳與鹼度重新釋放至上層海水，影響氣-海界面碳交換。

 

1.2 為何重要？碳循環中的角色

 

    研究指出，這些生物不僅是生物體量，而是海洋碳泵（biological pump）與碳酸鈣泵（carbonate pump）中不可或缺的部件。

具體來說：

 

• 有機碳泵：浮游植物（包括鈣化物種）透過光合作用固定 CO₂ → 有機質 → 死亡沉降，將碳從表層運往深海。
• 碳酸鈣泵：鈣化生物形成 CaCO₃ 殼體，殼體沉降則將無機碳 (作為碳酸鈣) 從表層移出。其間的化學與物理過程（結殼、破殼、殼體溶解）影響海水鹼度、CO₂ 溶解度與大氣-海洋 CO₂ 交換。

 

    研究提出，這些機制如果處理不當，可能導致氣候模型低估海洋對大氣 CO₂ 的緩衝能力。正如報導標題說的：我們的氣候預測或許「錯了」。 

 

1.3 當「缺席」成為問題

 

球石藻等組群在某些模型中被簡化或根本忽略。研究指出：

 

• 許多氣候模型（例如 CMIP6 地球系統模型）並未或僅粗略包括淺層殼體溶解（shallow dissolution）機制。
• 殼體在海上漂浮、被吞食、碎裂、溶解後，未必沉底，而是在表或中層就釋放 CaCO₃ 或 CO₃²⁻，改變了碳與鹼度的動態。這對氣候反饋極具意義。
• 各族群對環境變化（如海洋酸化、溫度上升、氧氣減少）反應各異。忽視這種「功能差異」容易將不同生物簡化成單一「鈣化浮游生物」塊體。

 

可見，這些「小殼體」對氣候其實絕不小。

 

二、氣候模型的盲區：為什麼我們可能預測錯了？

 

2.1 模型中常見的忽略點

 

    從報導與原文可整理出以下幾個重點盲區：

 

• 殼體形成／溶解機制簡化：模型多聚焦於深海沉降，卻忽略淺層殼體溶解。報導指出：「大部分 CaCO₃ 從未落到底，而是在上層溶解」。
• 粒徑、殼體密度與生物差異忽視：不同鈣化生物的殼體大小、密度、沉降速率、被捕食率各異，模型卻常將其當作同質群體處理。
• 生物－化學－物理交互作用弱化：如捕食、微粒聚集與生物分解作用對殼體的影響，在模型中少被量化。
• 氣候變化情景下的敏感性不足：鈣化生物對海洋酸化、溫度上升、氧氣減少之反應差異顯著，這些因素若未被模型充分包括，預測可能偏差。

 

2.2 結果可能帶來的偏差

 

• 模型可能低估海洋吸收大氣 CO₂ 的能力，因為若鈣化泵與碳鈣循環作用較強，海洋緩解效果可能比預期好。
• 或相反：若鈣化生物受損（如海洋酸化、暖化導致鈣殼生成減少），海洋碳存儲能力可能比模型預估差。
• 海、氣界面反饋機制（如海水鹼度降低導致 CO₂ 吸收效率變差）若未納入，可能削弱氣候模型對未來氣候敏感度的準確性。
• 沉積記錄（用作古氣候重建）若忽略淺層溶解機制，可能導致誤讀過去氣候變化幅度與速率。 

 

這意味著，當我們閱讀「未來溫升、海平面、碳循環」的模型輸出時，應懷疑其中是否把這類機制納入。

 

2.3 模型改進的建議

 

研究團隊建議：

 

• 優先量化不同族群（球石藻、有孔蟲、翼足浮游生物）在不同條件下的 CaCO₃ 產量、殼體溶解速率與沉降速率。
• 把淺層殼體溶解納入模型作為常規機制，而非僅考慮深沉降。
• 納入生物交互（如捕食、碎裂、聚集作用）、海水化學變化（如 pH、飽和度）、溫度與氧氣變化的耦合效應。
• 建立不同族群對環境壓力（如酸化、暖化、低氧）的功能響應曲線，避免過度簡化。
• 在政策與管理端，強化觀測網絡與長期監測，以驗證模型假設。

 

這些都是為了讓氣候模型從「粗略」變「細膩」。

 

三、台灣與全球的意義：從海岸監測到碳戰略

 

3.1 對台灣的啟示

 

    台灣身為海島國家，海洋資源與海岸生態對國家安全、漁業、旅遊、藻礁保育都極為關鍵。從此研究可看到幾項具體意義：

 

• 在台灣海域（如東海、南海緣）建立或強化鈣化浮游生物觀測。例如捕捉球石藻殼體、翼足浮游生物變化，監測海水化學（pH、碳酸根飽和度）與生物量變化。
• 在碳匯／碳中和策略中，不能僅以海洋作為黑箱，而需理解海洋碳泵的生物機制。若這些機制受損，那麼「宣稱的」海洋碳吸收量可能偏樂觀。對台灣的碳政策、海洋政策與碳帳戶都有提醒作用。
• 生態保育角度：若鈣化浮游生物受壓（如酸化、暖化）而衰退，可能影響魚蝦幼體的食物鏈、影響漁業資源。對台灣漁業、海岸生態與島嶼經濟有直接關係。
• 海岸與離岸風電、海洋酸化等政策條件交錯。政府在規劃海洋利用、海洋生態影響評估（EIA）、海洋碳監測時，應納入鈣化浮游生物為指標種一環。

 

3.2 對全球氣候與碳管理的意義

 

• 在國際氣候模型圈（如 IPCC 報告所依據的模型）中，這項研究提出了「模型盲點」。全球氣候決策者、科學家與資金提供者應視此為模型改進契機。
• 在碳市場與碳匯核算上，若海洋碳吸收能力被高估或低估，將直接影響碳信用、碳抵償專案的可信度。海洋碳匯量的確定需具備生物－化學機制監測。
• 從長期演化角度：鈣化浮游生物在地質史上擁有重要沉積記錄，是古氣候重建的重要代理指標。若其在未來變化率大幅改變，我們對過去氣候的理解也可能需重估。
• 最後，從系統角度看，這提醒我們氣候系統非單純物理系統，也不是僅化學系統，而是高度耦合的「生物–地球–氣候系統」。忽略任何一環，都可能導致盲點。

 

四、挑戰與反思：不美化的評估

 

    我們既不能把鈣化浮游生物誇大成「救世主」，也不能忽視其可能的系統重要性。以下三點是值得反思的：

 

• 資料稀缺性：雖然研究指出這些生物作用可能被忽視，但目前專門量化不同族群在全球海域（尤其熱帶/亞熱帶海域）產殼、沉降、溶解的資料仍有限。換句話說：推論雖有說服力，但要大規模納入模型仍需投入。
• 模型整合成本：將這些微尺度的生物過程納入大型地球系統模型（GSM）並非易事。生物過程變化快、地區差異大、交互複雜。對模型開發者而言是負擔。如何在精細與可運算間取得平衡，是挑戰。
• 政策可操作性：對決策者而言，這項研究傳遞的信息是「模型可能低估／高估某些機制」。但決策需要具體數字。若我們只是知道「還有盲點」，並無立即可用的修正值，那該如何操作？對政策制定、碳匯承認、海洋保育投入仍需更具體路徑。

 

換句話說：好消息是我們察覺盲點。壞消息是從「察覺」走向「修正」有一段路。

 

五、行動建議：從監測到政策

 

5.1 強化台灣海域監測網絡

 

• 建立以鈣化浮游生物為重點的浮游生物與殼體監測方案。例如：定期採樣球石藻、有孔蟲與翼足浮游生物，測量其鈣化率、殼體沉降與溶解情況。
• 配合海水化學參數（pH、碳酸根飽和度、鹼度、溫度、氧氣）與物理參數（混合層深度、營養鹽）監測。
• 建立長期資料庫，以追踪海域如何隨氣候變遷改變鈣化浮游生物群落與功能。

 

5.2 在海洋碳匯與政策設計中納入生物機制

 

• 在碳匯計算與海洋碳抵償計劃中，納入鈣化浮游生物機制的不確定性評估。例如對目前估算的海洋碳吸收量加入「鈣化浮游生物忽略風險」的調整因子。
• 在海洋政策（如保育、生態修復、海洋利用）中，將鈣化浮游生物、生態功能納入評估指標之一。這樣可避免僅從生物量、魚群、珊瑚的角度看，而忽略微生物環節。
• 對國際氣候模型社群提出建言：在台灣與亞太海域提供專案支持、資金協助，以填補模型盲區。台灣可作為「亞熱帶-環境帶」的觀測站。

 

5.3 探索跨領域研究與產業應用

 

• 促進海洋生物學、化學、氣候模型與碳會計的交叉合作。在學術或產業專案中，鼓勵浮游生物學家與氣候模型師對話。
• 對產業界（如碳服務公司、海洋生態修復公司）而言，可研發針對鈣化浮游生物變化的監測技術（如殼體影像分析、自動分類、無人機與浮標綜合監測）並將其納入海洋碳監測服務。
• 對教育與公共溝通：提升大眾對「海洋微生物也會影響氣候」的認知。這有助於將海洋保育、氣候行動從宏觀議題拉到可看見、可感受的「微觀世界」。

 

六、結語

 

    我們常說：「千里之行，始於足下。」在氣候科學中，這句話或許適用於海洋微生物。那些在海水裡漂浮、築起無數細小殼體的鈣化浮游生物，看似不起眼。但研究提醒：若忽略它們，我們可能對未來氣候、碳循環、海洋生態的預測產生偏差。這並不是說所有模型都錯；而是說模型中有一塊「微小卻關鍵」的拼圖尚未被全面填入。對台灣而言，我們既有海岸優勢，也面臨氣候衝擊。將鈣化浮游生物納入海洋觀測、碳政策與生態保育中，是一條務實且具前瞻性的路。我們應給予這些「微殼體」更多關注。別讓我們對氣候的未來預測，因為忽略了小生物的大影響，而變得像掉了拼圖的畫面。

 

參考資料
[1]: "Are Our Climate Predictions Wrong? The Case of the Missing Plankton"

[2]: "Calcifying plankton: From biomineralization to global change"

[3]: "Calcifying plankton: From biomineralization to global change"

[4]: "Tiny ocean organisms missing from climate models may hold the key to Earth’s carbon future"