近日，德國(guó)阿爾弗雷德·魏格納研究所的科學(xué)家研究發(fā)現(xiàn)，近海表的低鹽度淡水幫助將碳封存在深海，減緩了其返回大氣的速度。但氣候變化正持續(xù)改變這些脆弱的海洋分層，可能很快破壞這種天然碳儲(chǔ)存系統(tǒng)。該研究發(fā)表于《自然—氣候變化》。
融冰與降水導(dǎo)致南大洋表層水體不斷淡化，這使其封存碳的能力得以超預(yù)期延續(xù)。然而隨著西風(fēng)持續(xù)增強(qiáng)，這層保護(hù)屏障可能崩塌，屆時(shí)儲(chǔ)存的二氧化碳將大量釋放，進(jìn)而加速氣候變化。圖片來(lái)源：Shutterstock
全球海洋吸收了約四分之一人為排放的二氧化碳，其中僅南大洋就貢獻(xiàn)了總量的40%，使其成為地球抵御全球變暖最強(qiáng)大的天然防線(xiàn)之一。這個(gè)巨大碳匯通過(guò)復(fù)雜的環(huán)流系統(tǒng)運(yùn)作：深層水上升至海表與大氣進(jìn)行氣體交換，隨后攜帶吸收的二氧化碳再次沉入深海。
這一平衡取決于遠(yuǎn)古深水中的天然二氧化碳上浮量。在南大洋上浮的深水已被封存數(shù)個(gè)世紀(jì)甚至上千年，積累了大量的二氧化碳。氣候模型預(yù)測(cè)，人類(lèi)活動(dòng)引發(fā)的氣候變化將導(dǎo)致西風(fēng)增強(qiáng)，從而把更多富碳深水帶至海表，長(zhǎng)期削弱海洋吸碳能力。
然而盡管西風(fēng)增強(qiáng)，近數(shù)十年收集的數(shù)據(jù)顯示南大洋仍是強(qiáng)大的碳匯。這項(xiàng)新研究揭示了原因：海洋分層的變化使大量深水碳保持封存狀態(tài)。
“南大洋的深水通常位于200米以下。”該論文第一作者、阿爾弗雷德·魏格納研究所海洋學(xué)家Léa Olivier表示，“相比近表層水體，它鹽度更高、營(yíng)養(yǎng)更豐富且相對(duì)溫暖。”這些深水儲(chǔ)存著遠(yuǎn)古時(shí)期進(jìn)入海洋的大量溶解二氧化碳，而近表層水則溫度更低、鹽度較低且含碳量少。
只要這種密度分層保持穩(wěn)定，富碳深水就會(huì)持續(xù)被封鎖。但若層間邊界弱化，被封存的碳將更容易抵達(dá)海表并釋放至大氣。
“先前研究指出全球氣候變化會(huì)強(qiáng)化南大洋西風(fēng)，并加劇翻轉(zhuǎn)環(huán)流，但這會(huì)將更多富碳深水輸送至海表，從而削弱南大洋儲(chǔ)存二氧化碳的能力。”Léa Olivier表示，盡管觀(guān)測(cè)到風(fēng)力增強(qiáng)與人類(lèi)活動(dòng)相關(guān)，但測(cè)量數(shù)據(jù)仍未顯示海洋碳吸收量顯著下降，至少目前如此。
阿爾弗雷德·魏格納研究所等機(jī)構(gòu)的長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)顯示，氣候變化已在改變表層水與深水特性。“我們的研究表明，淡水化表層水暫時(shí)抵消了模型預(yù)測(cè)的南大洋碳匯減弱趨勢(shì)，但若分層結(jié)構(gòu)弱化，形勢(shì)可能逆轉(zhuǎn)。”Léa Olivier說(shuō)，持續(xù)增強(qiáng)的西風(fēng)正將深水推向更淺層。自1990年代以來(lái)，深水層上邊界已上升約40米。
隨著富碳深水不斷替代更多表層水，二者之間的邊界在風(fēng)力作用下更易發(fā)生混合。一旦混合加劇，封存的二氧化碳將開(kāi)始上涌并釋放至大氣。
最新研究表明這一過(guò)程可能已然啟動(dòng)。若更多深水碳抵達(dá)海表，南大洋作為全球碳匯的功能將被削弱，加速氣候變化進(jìn)程。
“最令我驚訝的是，答案其實(shí)藏在海面之下，我們必須進(jìn)行超越海洋表層的觀(guān)察，否則可能錯(cuò)過(guò)關(guān)鍵信息。”Léa Olivier說(shuō)。
相關(guān)論文信息：https://doi.org/10.1038/s41558-025-02446-3