海洋與二氧化碳如何轉移傳輸？新型示蹤計揭示過(guò)程

作為一個(gè)巨大的碳儲庫，海洋對不同時(shí)間尺度大氣二氧化碳變化起著(zhù)至關(guān)重要的作用，從而影響全球氣候。然而，海洋與大氣之間二氧化碳是如何轉移傳輸的?二氧化碳波動(dòng)具體是受哪些海洋過(guò)程調控的呢?這些問(wèn)題至今尚未解決。

近日，青島海洋科學(xué)與技術(shù)試點(diǎn)國家實(shí)驗室研究員于際民團隊開(kāi)發(fā)了一種全新的、可有效反映海—氣二氧化碳交換的示蹤計—DICas。利用這一新型示蹤計，并結合數值模擬，該團隊詳細揭示了末次冰消期海洋內部與大氣之間的二氧化碳交換過(guò)程。相關(guān)研究成果發(fā)表于《自然—地球科學(xué)》雜志。

于際民表示，由于海—氣二氧化碳交換發(fā)生在海洋表層，因此大多科學(xué)家利用生長(cháng)在表層海洋的生物載體，如浮游有孔蟲(chóng)的鈣質(zhì)殼體和硅藻的蛋白石骨骼，來(lái)開(kāi)發(fā)不同的指標用以研究碳循環(huán)。

然而，依據這些指標所獲得的數據信號存在諸多時(shí)空差異，影響推測碳循環(huán)機制。例如，大多數有孔蟲(chóng)類(lèi)和硅藻主要生長(cháng)在春、夏兩季，即便基于它們的測試表明某海域向大氣釋放二氧化碳，也不能斷言該海域是大氣的一個(gè)碳源，因為在春、夏兩季釋放的二氧化碳可能會(huì )在其它季節又被海洋吸回去，而年均凈釋放量可能甚小。

與表層海洋對比，海洋內部水體可綜合全年的海—氣二氧化碳交換信號，基本不受季節變化的影響。因此，在一定程度上，海洋內部水體可更好地反映大范圍海域對大氣二氧化碳的影響。

“不過(guò)，海洋內部碳循環(huán)也受多個(gè)過(guò)程調節，并非所有過(guò)程都可直接反映海—氣二氧化碳交換信息。”于際民說(shuō)，“比如，生物降解是海洋內部普遍存在的過(guò)程，降解作用增強可增加深海中的碳含量，但是僅有一部分碳含量增加與海—氣二氧化碳交換直接相關(guān)，也就是說(shuō)碳從大氣被封存到了深海，而其它部分的碳含量增加則是碳在海洋內部的轉移，比如，碳從淺海被轉移到深海。”

探索大氣二氧化碳變化機制，海—氣交換部分的二氧化碳是科學(xué)家期望獲得的信息。然而，如何從海洋內部海水數據提取有價(jià)值的海—氣二氧化碳交換信號，這是碳循環(huán)研究中一個(gè)關(guān)鍵而極具挑戰性的任務(wù)。

通過(guò)多年努力，于際民團隊開(kāi)發(fā)了二氧化碳交換的示蹤計DICas。與傳統指標相比，該示蹤計綜合了海洋內部海水碳含量、營(yíng)養鹽和堿度等各類(lèi)參數的變化，消除了生物降解作用的干擾，可更精準反映海洋表面的海-氣二氧化碳交換信號，為碳循環(huán)研究提供一種“由內而外”的新技術(shù)。

利用該新型示蹤計及數值模擬，研究團隊發(fā)現，在末次冰消期早期，海洋內部水體通過(guò)南大洋向大氣釋放了二氧化碳。更重要的是，該研究提出了一種新的機制(即南極中層水的驟然擴張)來(lái)解釋大約1.47萬(wàn)年前末次冰消期迅速變暖的一個(gè)重要時(shí)段——“波林時(shí)期”所呈現的百年尺度二氧化碳快速上升。

與其它水體相比，南極中層水對大氣二氧化碳的封存效率要低。因此，該水體的擴張會(huì )降低海洋對大氣二氧化碳的封存能力，從而導致大氣二氧化碳上升。這表明，海洋內部水體的大氣二氧化碳封存能力與洋流循環(huán)密切相關(guān)。

于際民表示，海洋碳循環(huán)是一個(gè)復雜、重要的研究課題。為更準確的預測未來(lái)大氣二氧化碳變化，我們亟需深入理解全球碳循環(huán)、營(yíng)養物質(zhì)循環(huán)及其與溫鹽環(huán)流的耦合機制，而研究地球的氣候歷史是提升對碳循環(huán)-氣候體系機制性理解的一個(gè)重要渠道。(作者：韓揚眉)

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關(guān)鍵詞： 新型示蹤計 末次冰消期 海洋內部 二氧化碳