美国首次开放海洋碱度增强实验完成，海洋碳移除进入真实环境验证阶段

海潮天下·导读

2025年8月，美国科研团队在近海投放了6.2万升碱性药剂，提升海水碱度以增强海洋二氧化碳捕获能力，海面局部短暂变色，属全球为数不多的大规模海洋地球工程野外试验；试验在4天内从大气中捕获了2~10吨二氧化碳，预计一年内可累计捕获50吨。投放点附近海水pH值从7.95升至8.3，回到了工业化前的水平。同时，研究团队称未对浮游生物、鱼及龙虾幼体造成显著伤害。这个实验是有许可的，根据美国EPA评估，本次小规模试验对生态风险有限。尽管初步结果积极，但争议巨大，反对者认为这是“极其愚蠢和适得其反”的行为；反对者称，在缺乏全球共识与严格监管的情况下，任何一国的单边行动都可能打开一个复杂的“潘多拉魔盒”。但在这个方面，目前，全球层面还缺乏统一、具有法律约束力的监管框架。

本文约4900字，阅读约12分钟

文 | 朱潇潇、王海诗

出品 | 海潮天下

2025年8月，美国伍兹霍尔海洋研究所（Woods Hole Oceanographic Institution，WHOI）在缅因湾（Gulf of Maine）开展的一项海洋碱度增强（Ocean Alkalinity Enhancement, OAE）野外试验完成现场阶段。这是美国首次在开放海域开展获得监管批准的海洋碱度增强实验，也是全球少数几次进入真实海洋环境的海洋碳移除（Marine Carbon Dioxide Removal, mCDR）测试之一。

这项实验的完成，被认为是“标志着海洋碳移除研究开始从实验室模拟和计算模型阶段，进入真实海洋条件下的验证阶段”。研究人员开始面对一个此前主要存在于理论中的问题是，人为提高海水碱度后，海洋化学过程是否按照预期运行？这种变化能否被准确监测？在复杂的海洋生态系统中，是否存在难以预测的影响？……

根据2026年2月份WHOI公布的初步结果，该实验实现了预定科学目标，研究团队能够利用示踪技术追踪人工增强碱度水团的扩散过程，并开展连续环境监测。研究人员也没有发现短期内明显的生态异常信号。

不过，这距离证明海洋碱度增强可以成为大规模气候解决方案，还有很长距离。直到目前，初步的一个可参考的看法是，这项实验提供的是一组关键科学数据，还远不是一个已经成熟的气候工程方案。

▲此前，2023年在玛莎葡萄园岛以南开展的一项研究期间，从船上以螺旋图案释放示踪染料的航拍图像。 图源：美国环境保护署（EPA）针对LOC-NESS项目发布的官方技术事实说明书（Fact Sheet）及环境风险评估报告

▲2025年，参与美国环保局批准的海洋碱化试验的三艘研究船在缅因湾集结，该试验由LOC-NESS项目推进，(Photo: Daniel Cojanu, Undercurrent Productions, ©Woods Hole Oceanographic Institution)

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海洋碳移除从实验室走向海洋，开始接受真实环境检验

海洋碱度增强的基本思路，是利用碱性物质提高海水的酸碱缓冲能力，使海洋能够吸收更多大气中的二氧化碳，并将其转化为较稳定的碳酸氢盐和碳酸盐形式。

这一过程，模拟了自然界长期存在的岩石风化过程。陆地岩石经过风化后释放碱性离子，最终进入海洋，参与全球碳循环。地质尺度上，这一过程持续数百万年，对调节地球气候具有重要作用。

科学家提出海洋碱度增强，是希望利用人工方式加速这一自然过程。不过，实验室中的化学反应并不能完全代表真实海洋环境。

毕竟，开放海洋具有高度复杂性。海水不断受到潮汐、洋流、温度变化、生物活动以及气海交换过程影响。添加的碱性物质会如何扩散？增加的碱度又能维持多久？吸收的二氧化碳，是否真正来自大气、而不是海洋内部重新分配？……这些问题都得在实际海洋环境中验证才行。

▲LOC-NESS项目第一阶段与第二阶段建议释放方法，上图是使用拖船和驳船的船舶撒布系统原理示意图。图源：美国环境保护署（EPA）针对LOC-NESS项目发布的官方技术事实说明书（Fact Sheet）及环境风险评估报告

▲LOC-NESS项目第一阶段与第二阶段试验区表层洋流与盛行流向图，玛莎葡萄园岛以南与威尔金森盆地的主要水流特征。图源：美国环境保护署（EPA）针对LOC-NESS项目发布的官方技术事实说明书（Fact Sheet）及环境风险评估报告

报道显示，WHOI此次实验地点位于缅因湾威尔金森盆地附近海域。研究团队释放了经过纯化处理的氢氧化钠（NaOH），并加入罗丹明水示踪剂，用于追踪人工形成的高碱度水团。实验持续了大概6小时，随后科研人员利用科研船、自主水下航行器（AUV）、海洋滑翔机以及多种传感设备，对该水团进行了连续数天监测。

此次实验的重要突破之一，是证明了研究人员可以在开放海洋中识别和追踪人工改变后的水体特征。这对于未来任何海洋碳移除项目都是有意义的，因为碳移除必须满足可测量、可报告和可验证（MRV）的基本要求。

▲©伍兹霍尔海洋研究所（WHOI）LOC-NESS项目的原理示意图

▲第一阶段（A）和第二阶段（B）拟议研究区域及运输船航线。 粉色点代表较大调查区域（蓝色圆圈）内的初始斑块位置。（A）中白色线代表运输船从新贝德福德港至第一阶段初始释放坐标的航线。（B）中黑色线代表运输船从新贝德福德港至第二阶段初始释放坐标的航线，灰色线则代表运输船若从朴次茅斯港出发时的替代航线。来源：改编自第一阶段和第二阶段许可证申请材料。图源：美国环境保护署（EPA）针对LOC-NESS项目发布的官方技术事实说明书（Fact Sheet）及环境风险评估报告

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初步结果显示可行，但距离规模化应用仍有多个科学问题待解

从目前公开信息看，WHOI团队认为实验是达到了设计目标的。研究人员成功获得了开放海洋条件下碱度变化、混合扩散以及生态响应的数据。

在短期观测范围内，没有发现明显的不良生态影响。这一结果与美国环保署（EPA）此前对该小规模研究的环境评估基本一致。EPA认为，该实验规模有限、时间短暂，潜在环境风险较低，因此批准开展相关研究。

▲2022年第一阶段和第二阶段研究区域附近报告的船舶交通热力图。 颜色表示船舶通行次数。第一阶段初始释放坐标由“2024”箭头标示；第二阶段初始释放坐标由“2025”箭头标示。图源：美国环境保护署（EPA）针对LOC-NESS项目发布的官方技术事实说明书（Fact Sheet）及环境风险评估报告

不过，需要注意的是，“小规模实验未发现明显风险”并不意味着“大规模部署不存在风险”。

海洋生态系统具有复杂的反馈机制。一次数小时、局部范围内的实验，可以回答某些基础问题，例如碱度是否能够被追踪、局部化学变化是否符合预测，但无法回答百万吨级甚至更大规模应用可能带来的长期影响。

目前科学界仍关注几个核心问题，包括、但不限于诸如，海洋吸收的二氧化碳是否能够长期储存？大规模增加碱度是否会改变局地碳酸盐体系？不同区域的生态系统是否具有相同承受能力？用于提高碱度的材料生产过程是否会产生新的环境成本？……等等。这些问题决定了海洋碳移除未来能否从科学实验走向气候政策工具。

▲伍兹霍尔海洋研究所LOC-NESS项目负责人亚当·苏布哈斯与首席研究员珍妮·鲁班在8月的海上野外试验中采集数据。 (摄影：Daniel Cojanu, 来源：WHOI)

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全球少数海洋地球工程野外试验，监管体系仍未形成

海洋碱度增强属于海洋地球工程（marine geoengineering）研究的一部分。跟陆地碳捕集不同的是，它会直接改变海洋环境中的化学过程、且很可能影响也会跨越国界，因此一直受到科学界和国际社会高度关切。

目前全球开展的海洋碳移除野外实验数量仍然非常有限。WHOI此次缅因湾实验，与此前美国、英国等开展的海洋碱化、海洋养分增强等研究一样，处于探索阶段。

支持者认为，面对全球升温压力，仅依靠减排可能不足以实现气候目标，需要探索包括海洋碳移除在内的新型碳汇技术。但反对者和部分海洋科学家担心，人类对海洋系统的认识仍然有限，大规模改变海洋化学环境可能产生跨区域影响。

其中一个重要争议是治理问题。因为，海洋具有高度连通性。一个国家在近海或公海开展海洋地球工程实验，其影响可能超越国界，由其他国家共享或承担潜在后果。目前，针对海洋碳移除的大规模部署，国际社会尚未建立统一的监管框架。

现有国际规则主要涉及的是海洋倾倒和污染防治，例如《伦敦公约》和《伦敦议定书》体系对部分海洋地质工程活动进行了规范，但针对不同类型海洋碳移除技术的监管边界仍在讨论之中、几乎离出台还甚远。

一些发展中国家也担心，未来如果海洋地球工程技术进入商业化阶段，技术、资金和决策能力主要集中在少数发达国家，但其潜在影响却可能作用于全球共同海洋环境，国际治理如何确保不同国家拥有平等参与和表达意见的机会？将成为必须面对的问题。

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海洋碳移除，能不能做？如何安全地做？

WHOI此次实验，被认为是推动海洋碳移除研究迈出了往前的一步，科学家开始获得真实海洋环境中的第一手数据。这类实验提供了理解海洋碳循环的新窗口，也帮助研究人员建立未来评估体系。但对于气候治理而言，它仍只是起点。

未来研究需要进一步回答三个问题。一是碱度增强是否能够在更大空间尺度长期有效；二是生态系统是否能够承受长期干预；三是在国际层面如何建立透明、公平、可监督的治理机制，毕竟这是一个科技创新中伦理问题前瞻问题。

海洋碳移除可能成为未来气候行动的一种补充工具，但其发展路径不会只是技术问题，也涉及生态风险评估、国际规则制定以及全球海洋治理。如这个缅因湾实验，证明了人类已经具备在真实海洋中实施和监测小规模碱度增强的能力。但下一阶段真正的挑战，是判断这种能力是否能够在不破坏海洋系统稳定性的前提下被谨慎扩大。

01海洋碳移除

海洋碳移除（Marine Carbon Dioxide Removal, mCDR）是指利用自然过程或人工技术，提高海洋吸收、储存二氧化碳（CO₂）能力的方法。由于海洋是地球最大的活跃碳库之一，科学家希望借助海洋自身的碳循环机制，将更多大气中的CO₂转化为稳定形式，并实现长期储存。

目前，海洋碳移除主要包括海洋碱度增强、海洋营养盐增强、海洋生态系统恢复以及海洋直接空气捕集等技术路线。其中，海洋碱度增强因具有较明确的化学基础，成为近年来研究最活跃的方向之一。本文中提到的WHOI在缅因湾开展的实验，就是对这一技术路线进行开放海域验证。

02海洋碱度增强

海洋碱度增强（Ocean Alkalinity Enhancement, OAE）是指人为向海洋添加碱性物质，提高海水总碱度，从而增强海洋吸收和储存二氧化碳能力的一种碳移除技术。其基本原理是增加海水中能够与CO₂反应的碱性组分，使更多二氧化碳转化为碳酸氢盐和碳酸盐，并以较稳定的无机碳形式存在于海洋中。

这一过程类似自然界中岩石风化对全球碳循环的调节作用，只是科学家尝试将这一缓慢的地质过程加速。OAE目前仍处于研究阶段，关键科学问题包括碳移除效率、长期储存时间以及大规模应用可能带来的生态影响。

03海洋地球工程

海洋地球工程（Marine Geoengineering）是指通过人为方式改变海洋物理、化学或生物过程，以影响气候系统的技术体系。与传统减排不同，这类技术主要关注如何利用海洋调节气候过程，包括增加海洋吸收CO₂能力、改变海洋反射特性等。

由于海洋具有高度连通性，任何大范围改变海洋环境的技术都可能产生跨区域影响。因此，海洋地球工程不仅涉及科学可行性，也涉及环境风险评估、国际治理和不同国家之间的责任分配问题。

04监测、报告与核查体系

监测、报告与核查体系（Measurement, Reporting and Verification, MRV）是评估碳移除项目是否真实有效的一套科学方法，包括对碳移除量进行测量、记录相关过程，并由独立机构进行验证。

相比陆地碳移除，海洋碳移除的监测更加困难，因为海水是不断运动的，人工改变的水团会受到洋流和混合过程影响。因此，WHOI实验采用示踪剂、自主水下航行器和多种观测手段，就是为了探索开放海洋条件下如何建立可靠的MRV体系。

05开放海域野外试验

开放海域野外试验（Open-Ocean Field Trial）是指直接在真实海洋环境中开展的科学实验，它突破了仅依靠实验室模拟或封闭水槽研究。真实海洋具有复杂的物理、化学和生物过程，所以开放海域实验能够提供更接近实际应用条件的数据。

本文中这个WHOI缅因湾实验的意义在于，它首次将海洋碱度增强技术带入美国监管框架下的开放海域环境进行测试。实验结果能够帮助科学家了解技术在真实海洋中的表现，也为未来风险评估提供依据。

读而时思之~

其实，这类地球工程是最具环境争议的，是科技创新中伦理问题前瞻研究议题。刚开始这个新闻出来的时候，其实很多是叫好的，但后来环保组织、卫报先后都发了批评文，表示担忧。技术派一般觉得，海洋碱化是少数具备亿级吨潜力的海洋负移除技术，可助力实现《巴黎协定》温控目标。但环保与发展中国家阵营可能觉得，大规模干预海洋化学，存在不可预测食物链、酸化次生风险；又担忧发达国家单方面开展海洋地球工程，后果由全世界海洋共同承担、但发展中国家有没啥话语权……为拓展思路，让我们一起来探索一下，思考几个问题（没有标准答案，仅供启发思考用）。

【Q1】这项实验拿到了美国EPA的许可，但海洋是流动的“全球公域”。在没有国际统一法律框架的情况下，一个国家或商业公司单方面开展大规模海洋改造，谁有权批准？如果未来造成跨国生态损失，又该由谁来承担责任？特别是在《海洋生物多样性协定》（BBNJ协定）已生效的情况下，这种情况，如果将来造成意料之外的恶果、可美国又不是海洋法公约、BBNJ的缔约方，该如何负责？

【Q2】实验初步结论称“未对浮游生物和龙虾幼体造成明显伤害”，但它似乎并未评估成年鱼类和海洋哺乳动物（反正海潮天下小编没看到任何公开报道中提到这点）。你觉得，一次局部、短期的实验安全，能证明长期、大规模操作也安全吗？会不会存在目前还无法察觉的“慢性伤害”？

【Q3】如果这类“地球工程”技术成熟了，会不会让人类觉得有了“技术底牌”、就放松减排努力了？另外你觉得，从努力方向上来说，是搞地球工程更有效，还是基于自然的解决方案（NbS)更靠谱点儿呢？

【Q4】中国牵头了海洋负排放国际大科学计划ONCE，而且也诞生了微型生物碳泵等原创理论，应该说是全球海洋碳移除最重要的科研力量之一。其实中国科研团队也在积极开展相关研究，比如中科院南海海洋研究所等在广东大亚湾搭建了容积5000升的“中宇宙”装置、中国海油已投用的恩平15-1油田CCUS项目等等，但目前的试验规模与方式，跟美国团队在开放海域直接投放的做法有明显不同。好吧，说问题：你觉得，中国科研团队要不要主动参与全球海洋地球工程治理，推动建立“先评估‑再许可‑国际通报‑风险共担”多边机制，来避免西方单边试验主导规则？区分负责任科研与大规模商业部署，维护发展中国家海洋权益？

本文参考资料

https://www.whoi.edu/press-room/news-release/oae-prelim

https://www.mainecoastfishermen.org/post/podcast-understanding-whoi-s-loc-ness-project

https://provincetownindependent.org/tag/locking-away-ocean-carbon-in-the-north-east-shelf-and-slope/

https://gfd.whoi.edu/wp-content/uploads/sites/65/2025/01/LOC-NESS-overview.pdf

https://www.theguardian.com/environment/2025/jun/10/ocean-does-experimental-technology-saving-seas-acidification-geoengineering

https://www.bostonglobe.com/2026/02/26/science/ocean-geoengineering-trial-results-whoi/

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资讯源 | WHOI

文 | 朱潇潇、王海诗

排版 | 卢晓雨