近日，國(guó)際地學(xué)期刊《Geophysical Research Letters》（Nature index）在線發(fā)表了中科院海洋所萬(wàn)世明研究組在晚第四紀(jì)北太平洋中層水演化方面的最新研究成果。研究人員通過(guò)對(duì)沖繩海槽北部沉積物氧化還原環(huán)境演變歷史的重建，并結(jié)合氣候模擬結(jié)果，發(fā)現(xiàn)了北太平洋中層水的演化可能對(duì)間冰期大氣二氧化碳含量變化具有重要貢獻(xiàn)。
全球年際海表-大氣CO2通量以及北太平洋降水量和溫度變化的關(guān)系
海洋內(nèi)部水團(tuán)變化（如上升流、水體分層等）可以影響海洋深部的碳釋放到大氣中，而這些碳在搬運(yùn)的過(guò)程中也可以被海洋生物所利用。因此，這種碳輸出與消耗之間的平衡可以深刻影響大氣CO2含量的變化。在高緯度海區(qū)，尤其是南大洋和亞北極太平洋，強(qiáng)烈的水體垂直交換使得海洋深部埋藏的碳被搬運(yùn)到表層。由于該過(guò)程發(fā)生的速率要高于浮游植物的固碳速率，因而使得大量的CO2被釋放到大氣中，而這些區(qū)域也就成為了大氣CO2的重要源區(qū)。
南大洋的海洋過(guò)程在冰期-間冰期碳循環(huán)驅(qū)動(dòng)機(jī)制中一直居于統(tǒng)治地位。尤其是冰消期南大洋上升流的劇烈脈沖式增強(qiáng)促進(jìn)了該區(qū)域深部碳的釋放，導(dǎo)致大氣CO2含量快速升高，并且在之后的間冰期維持了相當(dāng)長(zhǎng)時(shí)間的高位水平。對(duì)于這種維持過(guò)程，北太平洋同樣作為一個(gè)重要的碳源，是否也起到了一定的貢獻(xiàn)作用？北太平洋中層水可以控制底層水和上部水體的分層性，進(jìn)而可以影響深部碳的釋放，因此其演化可以對(duì)北太平洋碳釋放產(chǎn)生重要影響。
南大洋和北太平洋海-氣過(guò)程對(duì)南北半球間熱量傳輸?shù)捻憫?yīng)
沖繩海槽水體氧化還原狀態(tài)可以受到北太平洋中層水的強(qiáng)烈影響，因此是研究北太平洋中層水演化的理想?yún)^(qū)域。據(jù)此，研究人員利用沖繩海槽沉積物氧化還原敏感元素恢復(fù)了過(guò)去40萬(wàn)年以來(lái)的水體氧化還原演化歷史，基于此進(jìn)一步重建了北太平洋中層水演化歷史。研究發(fā)現(xiàn)，北太平洋中層水的形成在冰期較強(qiáng)，間冰期相對(duì)較弱。但從冰期到間冰期減弱的過(guò)程要晚于南大洋冰消期上升流的增強(qiáng)（即南大洋碳釋放）約1萬(wàn)年。結(jié)合模擬結(jié)果，研究人員發(fā)現(xiàn)，該滯后的現(xiàn)象主要響應(yīng)于南北半球間熱量的傳輸時(shí)間差異，其導(dǎo)致的經(jīng)向溫度梯度變化控制著北太平洋凈降水量的變化，進(jìn)而影響該區(qū)域水團(tuán)的下沉以及中層水的形成。間冰期減弱的北太平洋中層水使得底層水與上部水體分層性減弱，從而有利于上升流的形成和深部碳的釋放，這可能對(duì)維持間冰期大氣CO2的高位水平做出了一定貢獻(xiàn)。
軌道尺度北太平洋中層水演化與海-氣相互作用的模擬結(jié)果
上述研究得到了國(guó)家自然科學(xué)基金、中國(guó)科學(xué)院戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專(zhuān)項(xiàng)、青島海洋科學(xué)與技術(shù)國(guó)家試點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室開(kāi)放基金以及瑞典FORMAS研究委員會(huì)基金的資助。趙德博副研究員為文章第一作者及通訊作者，瑞典隆德大學(xué)（Lund University）陸正遙（Zhengyao Lu）研究員為共同通訊作者。相關(guān)成果及鏈接如下：
Zhao, D., Wan, S., Lu, Z., Zhai, L., Feng, X., Shi, X., & Li, A. (2021). Delayed collapse of the North Pacific Intermediate Water after the glacial termination. Geophysical Research Letters, 48, e2021GL092911. https://doi.org/10.1029/2021GL092911
