海洋與二氧化碳如何轉(zhuǎn)移傳輸？新型示蹤計(jì)揭示過(guò)程

作為一個(gè)巨大的碳儲(chǔ)庫(kù)，海洋對(duì)不同時(shí)間尺度大氣二氧化碳變化起著至關(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(zhuǎn)移傳輸?shù)?二氧化碳波動(dòng)具體是受哪些海洋過(guò)程調(diào)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(guó)家實(shí)驗(yàn)室研究員于際民團(tuán)隊(duì)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(jì)—DICas。利用這一新型示蹤計(jì)，并結(jié)合數(shù)值模擬，該團(tuán)隊(duì)詳細(xì)揭示了末次冰消期海洋內(nèi)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(zhǎng)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(biāo)用以研究碳循環(huán)。

然而，依據(jù)這些指標(biāo)所獲得的數(shù)據(jù)信號(hào)存在諸多時(shí)空差異，影響推測(cè)碳循環(huán)機(jī)制。例如，大多數(shù)有孔蟲(chóng)類和硅藻主要生長(zhǎng)在春、夏兩季，即便基于它們的測(cè)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?yàn)樵诖?、夏兩季釋放的二氧化碳可能?huì)在其它季節(jié)又被海洋吸回去，而年均凈釋放量可能甚小。

與表層海洋對(duì)比，海洋內(nèi)部水體可綜合全年的海—氣二氧化碳交換信號(hào)，基本不受季節(jié)變化的影響。因此，在一定程度上，海洋內(nèi)部水體可更好地反映大范圍海域?qū)Υ髿舛趸嫉挠绊憽?/p>

“不過(guò)，海洋內(nèi)部碳循環(huán)也受多個(gè)過(guò)程調(diào)節(jié)，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(nèi)部普遍存在的過(guò)程，降解作用增強(qiáng)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(nèi)部的轉(zhuǎn)移，比如，碳從淺海被轉(zhuǎn)移到深海。”

探索大氣二氧化碳變化機(jī)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(nèi)部海水?dāng)?shù)據(jù)提取有價(jià)值的海—氣二氧化碳交換信號(hào)，這是碳循環(huán)研究中一個(gè)關(guān)鍵而極具挑戰(zhàn)性的任務(wù)。

通過(guò)多年努力，于際民團(tuán)隊(duì)開(kāi)發(fā)了二氧化碳交換的示蹤計(jì)DICas。與傳統(tǒng)指標(biāo)相比，該示蹤計(jì)綜合了海洋內(nèi)部海水碳含量、營(yíng)養(yǎng)鹽和堿度等各類參數(shù)的變化，消除了生物降解作用的干擾，可更精準(zhǔn)反映海洋表面的海-氣二氧化碳交換信號(hào)，為碳循環(huán)研究提供一種“由內(nèi)而外”的新技術(shù)。

利用該新型示蹤計(jì)及數(shù)值模擬，研究團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)，在末次冰消期早期，海洋內(nèi)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(jī)制(即南極中層水的驟然擴(kuò)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(xiàn)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(duì)大氣二氧化碳的封存效率要低。因此，該水體的擴(kuò)張會(huì)降低海洋對(duì)大氣二氧化碳的封存能力，從而導(dǎo)致大氣二氧化碳上升。這表明，海洋內(nèi)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(fù)雜、重要的研究課題。為更準(zhǔn)確的預(yù)測(cè)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(yǎng)物質(zhì)循環(huán)及其與溫鹽環(huán)流的耦合機(jī)制，而研究地球的氣候歷史是提升對(duì)碳循環(huán)-氣候體系機(jī)制性理解的一個(gè)重要渠道。(作者：韓揚(yáng)眉)

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關(guān)鍵詞： 新型示蹤計(jì) 末次冰消期 海洋內(nèi)部 二氧化碳