近日，国际地学期刊《Geophysical Research Letters》（Nature index）在线发表了中科院海洋所万世明研究组在晚第四纪北太平洋中层水演化方面的最新研究成果。研究人员通过对冲绳海槽北部沉积物氧化还原环境演变历史的重建，并结合气候模拟结果，发现了北太平洋中层水的演化可能对间冰期大气二氧化碳含量变化具有重要贡献。
全球年际海表-大气CO2通量以及北太平洋降水量和温度变化的关系
海洋内部水团变化（如上升流、水体分层等）可以影响海洋深部的碳释放到大气中，而这些碳在搬运的过程中也可以被海洋生物所利用。因此，这种碳输出与消耗之间的平衡可以深刻影响大气CO2含量的变化。在高纬度海区，尤其是南大洋和亚北极太平洋，强烈的水体垂直交换使得海洋深部埋藏的碳被搬运到表层。由于该过程发生的速率要高于浮游植物的固碳速率，因而使得大量的CO2被释放到大气中，而这些区域也就成为了大气CO2的重要源区。
南大洋的海洋过程在冰期-间冰期碳循环驱动机制中一直居于统治地位。尤其是冰消期南大洋上升流的剧烈脉冲式增强促进了该区域深部碳的释放，导致大气CO2含量快速升高，并且在之后的间冰期维持了相当长时间的高位水平。对于这种维持过程，北太平洋同样作为一个重要的碳源，是否也起到了一定的贡献作用？北太平洋中层水可以控制底层水和上部水体的分层性，进而可以影响深部碳的释放，因此其演化可以对北太平洋碳释放产生重要影响。
南大洋和北太平洋海-气过程对南北半球间热量传输的响应
冲绳海槽水体氧化还原状态可以受到北太平洋中层水的强烈影响，因此是研究北太平洋中层水演化的理想区域。据此，研究人员利用冲绳海槽沉积物氧化还原敏感元素恢复了过去40万年以来的水体氧化还原演化历史，基于此进一步重建了北太平洋中层水演化历史。研究发现，北太平洋中层水的形成在冰期较强，间冰期相对较弱。但从冰期到间冰期减弱的过程要晚于南大洋冰消期上升流的增强（即南大洋碳释放）约1万年。结合模拟结果，研究人员发现，该滞后的现象主要响应于南北半球间热量的传输时间差异，其导致的经向温度梯度变化控制着北太平洋净降水量的变化，进而影响该区域水团的下沉以及中层水的形成。间冰期减弱的北太平洋中层水使得底层水与上部水体分层性减弱，从而有利于上升流的形成和深部碳的释放，这可能对维持间冰期大气CO2的高位水平做出了一定贡献。
轨道尺度北太平洋中层水演化与海-气相互作用的模拟结果
上述研究得到了国家自然科学基金、中国科学院战略性先导科技专项、青岛海洋科学与技术国家试点实验室开放基金以及瑞典FORMAS研究委员会基金的资助。赵德博副研究员为文章第一作者及通讯作者，瑞典隆德大学（Lund University）陆正遥（Zhengyao Lu）研究员为共同通讯作者。相关成果及链接如下：
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
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