專家顧問：中國科學(xué)院大氣物理研究所研究員 李熙晨

■南極底層水如同“碳泵”一樣，幫助捕獲人類每年排放碳的三分之一，是全球氣候變化的重要“調(diào)節(jié)器”之一。

■南極底層的海水正在變暖、體積正在縮小。過去幾十年里，受南極海冰持續(xù)消融等因素影響，南極底層水生成速度減緩了大約30%。

■南極深層水不僅是重要的“碳泵”，也是重要的“熱泵”。

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潛藏深海的“碳泵”

在南極洲，數(shù)萬億噸寒冷、高密度、富氧的水從大陸架傾瀉而下，一直下沉到洋盆底部，這就是南極底層水（AABW）。它形成于南大洋表面，占全球海洋體積的30%至40%，是世界上體積最大的水體之一。這些底層水體在洋流中沿著海底向北擴(kuò)散，然后緩慢上升，到達(dá)數(shù)千公里之外的地方。

大洋環(huán)流傳輸帶示意圖。圖片來源：NASA

通過這種方式，南極洲驅(qū)動(dòng)一個(gè)被稱為“翻轉(zhuǎn)環(huán)流”的全球洋流網(wǎng)絡(luò)，在全球范圍內(nèi)重新分配熱量、碳和營養(yǎng)物質(zhì)。翻轉(zhuǎn)環(huán)流連接著全球所有的海洋，像“碳泵”一樣幫助捕獲了人類每年排放的三分之一的碳，對于維持地球氣候穩(wěn)定至關(guān)重要，而且這也是氧氣到達(dá)深海的主要途徑。

“南極底層水控制著全球大洋底層環(huán)境的變化。它不但為大洋底層水體提供了豐富的溶解氧，也在深海中封存了大量二氧化碳，同時(shí)影響了海洋表層熱量向深層的輸送，是全球氣候變化的重要調(diào)節(jié)器之一。換句話說，南極底層水對于數(shù)十年至千年時(shí)間尺度上的海洋熱量和碳封存都至關(guān)重要?！崩钗醭空f。

然而，在全球變暖加劇的背景下，“碳泵”正在悄然發(fā)生變化。

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“碳泵”正在減速

有研究顯示，南極深層的海水正在變暖、體積正在縮小，這兩個(gè)跡象表明洋流正在放緩，使得上層的溫暖海水得以侵入。分析發(fā)現(xiàn)，1992年至2017年，南極底層水生成速度減緩了大約30%，這種情況發(fā)生的時(shí)間甚至比氣候模型預(yù)測的還要早。

為何體積如此龐大的環(huán)流生成速度會減速呢？

氣候變暖正在加劇南極洲西部最大的冰川之一思韋茨冰川的融化。攝影：高登義

這主要是由海冰持續(xù)消融導(dǎo)致的。

南極海冰被認(rèn)為是生成底層水的一個(gè)“發(fā)動(dòng)機(jī)”，海冰凝結(jié)過程會析出大量鹽分，造成周圍海水鹽度上升，密度增大，從而下沉到洋盆底部，形成南極底層水。

然而，在過去幾十年里，南極海冰持續(xù)消融，導(dǎo)致淡水釋放，表層水密度減小，其下沉受阻，最終抑制了底層水的形成。

氣溫

自20世紀(jì)50年代以來，南極洲年平均氣溫上升了3.2℃，變暖速度是全球平均水平的3倍多。南極和南大洋聯(lián)盟稱，南極海洋升溫速度比世界其他地區(qū)更快。

海冰質(zhì)量

20世紀(jì)80年代，南極洲平均每年損失400億噸冰。到2020年，這一數(shù)字?jǐn)U大逾6倍，達(dá)到每年2520億噸。

海冰面積

2023年9月10日，南極海冰面積為1696萬平方公里，是1979年有衛(wèi)星觀測數(shù)據(jù)以來南極冬季海冰面積峰值的最低紀(jì)錄。

南極海豹灣冰崩。攝影：趙勇

此外，由太平洋多年代際濤動(dòng)（IPO）驅(qū)動(dòng)的大氣遙相關(guān)引發(fā)南極附近的大氣環(huán)流異常，造成韋德爾海域存在較強(qiáng)的北風(fēng)異常，將大量暖空氣輸送到該海域，導(dǎo)致海冰加速消融，并進(jìn)一步導(dǎo)致南極底層水減少。

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南極底層水生成減速或加劇全球變暖

美國國家冰雪數(shù)據(jù)研究中心指出，南極海冰面積曾在數(shù)十年里長期保持穩(wěn)定，甚至略有擴(kuò)大。然而自2016年8月以來，南極海冰面積幾乎每月都較往年同期平均水平呈大幅下降趨勢。

冰蓋融化。圖片來源：英國南極調(diào)查局

可以預(yù)見的是，隨著氣候變暖加劇，南極海冰面積將持續(xù)甚至加速縮減，南極驅(qū)動(dòng)的翻轉(zhuǎn)環(huán)流也可能進(jìn)一步放緩，這將引發(fā)一系列嚴(yán)重后果。

南極底層水不僅是重要的“碳泵”，也是重要的“熱泵”，可以將全球變暖的額外熱量輸送并儲存到深海。

南極底層水生成速度降低可能同時(shí)造成海洋吸熱減弱以及“固碳”減弱，導(dǎo)致更多的二氧化碳和熱量滯留在大氣中，這反過來又將加劇全球變暖，形成惡性循環(huán)。

此外，隨著底層水流減慢，深海的氧氣供應(yīng)也將減少。溫暖的含氧量較低水體不斷取代寒冷的富氧底層水，導(dǎo)致氧氣含量進(jìn)一步降低，這將給海洋生物的生存繁殖以及海洋生態(tài)系統(tǒng)帶來威脅。

南極海豹 攝影：趙勇

海洋動(dòng)物會對氧氣的微小變化做出反應(yīng)，深海動(dòng)物適應(yīng)了低氧條件，但仍需要呼吸，氧氣的流失可能會導(dǎo)致它們遷移到其他地區(qū)尋求“避難所”或改變其行為。模型模擬結(jié)果表明，可供這些動(dòng)物生長發(fā)育的生存環(huán)境預(yù)計(jì)下降幅度將高達(dá)25%。