海洋正在改變,對(duì)南大洋酸化的新認(rèn)識(shí)
南極洲有一股洋流，它環(huán)繞著大陸，是南大洋的一部分。這種電流被稱(chēng)為南極環(huán)極電流。當(dāng)西風(fēng)在南半球夏季增強(qiáng)時(shí)，洋流以南的海水酸化速度比僅從大氣中吸收的二氧化碳要快。在電流的北部觀察到相反的模式。
為什么會(huì)發(fā)生這種情況，為什么這很重要?特拉華大學(xué)教授蔡偉軍在《自然通訊》雜志上發(fā)表了一篇論文，探討了這些問(wèn)題。參與這項(xiàng)研究的研究人員說(shuō)，這些影響是由西風(fēng)驅(qū)動(dòng)的綜合過(guò)程造成的，這一理論被來(lái)自塔斯馬尼亞南部20年的觀測(cè)數(shù)據(jù)所證實(shí)。了解控制海洋酸化的因素對(duì)于預(yù)測(cè)海洋化學(xué)變化對(duì)未來(lái)海洋生物和生態(tài)系統(tǒng)的影響很重要。南大洋，也被稱(chēng)為南極海洋，是研究這些機(jī)制的關(guān)鍵所在，因?yàn)樗哂芯薮蟮膬?chǔ)存大氣中二氧化碳的能力，而大氣是氣候變化的關(guān)鍵組成部分。
數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的結(jié)果有利于未來(lái)的預(yù)測(cè)模型
南大洋是第四大海洋，文石的pH值和飽和度都很低。文石是一種碳酸鹽礦物，海洋生物需要它來(lái)制造外殼。這被認(rèn)為是由于南大洋的低溫(平均零下2至7攝氏度(約28至45華氏度)，以及整個(gè)水柱強(qiáng)烈的垂直混合。由于這些低溫和深層混合，水表面吸收的二氧化碳可以迅速轉(zhuǎn)移到南大洋的深處并儲(chǔ)存在那里，不像大多數(shù)低緯度海洋那樣，巨大的溫差阻止了地表水和深海的混合。
然而，由于大氣中二氧化碳的濃度繼續(xù)增加，預(yù)計(jì)南大洋的表層水將越來(lái)越容易受到海洋酸化的影響。“南大洋是通向深海的一扇窗戶，”蔡國(guó)強(qiáng)說(shuō)。她是無(wú)機(jī)碳化學(xué)方面的專(zhuān)家，也是特拉華大學(xué)地球、海洋和環(huán)境學(xué)院的瑪麗·a·s·萊特希普主席?！案玫亓私膺@里的海洋酸化機(jī)制，有助于改善關(guān)于海洋能吸收多少大氣二氧化碳的預(yù)測(cè)模型。”
在南半球，大氣變化的主要方式是通過(guò)所謂的南方年度模式(SAM)。當(dāng)這種模式從一個(gè)極端轉(zhuǎn)變?yōu)榱硪粋€(gè)極端時(shí)，氣壓差導(dǎo)致圍繞南極洲的西風(fēng)帶(或急流)向北或向南移動(dòng)。當(dāng)噴氣氣流增強(qiáng)(正向山姆趨勢(shì))時(shí)，它向南極洲收縮。當(dāng)急流減弱(負(fù)面山姆趨勢(shì))時(shí)，它向北向赤道擴(kuò)展。
在他們的研究中，研究人員通過(guò)對(duì)塔斯馬尼亞島南部二氧化碳的連續(xù)數(shù)據(jù)測(cè)量，探索了西風(fēng)是如何調(diào)節(jié)海洋酸化速度的。研究人員將酸性增強(qiáng)歸因于西風(fēng)將更多酸性水從高緯度地區(qū)水平吹向赤道，并從地表下垂直吹向地表?！爱?dāng)你有一個(gè)壓差，你有一個(gè)更強(qiáng)的風(fēng)，風(fēng)總是從高壓移動(dòng)到低壓，驅(qū)動(dòng)表面洋流從一個(gè)點(diǎn)到另一個(gè)點(diǎn)。在物理海洋學(xué)中，我們把這種風(fēng)驅(qū)動(dòng)的?？寺\(yùn)輸稱(chēng)為“風(fēng)驅(qū)動(dòng)的埃克曼運(yùn)輸”。
當(dāng)西風(fēng)減弱時(shí)，其結(jié)果是相反的，酸性較少的表層水被轉(zhuǎn)移到南極。
“不管我們是在切薩皮克灣、墨西哥灣還是南大洋進(jìn)行這項(xiàng)研究，這都是二氧化碳或酸化水進(jìn)入研究區(qū)域的另一個(gè)原因。”但根據(jù)位置的不同，這種機(jī)制可以以不同的方式顯現(xiàn)出來(lái)。這種南大洋的混合延伸到大約300到400米(大約1000到1300英尺)的深度。這比切薩皮克灣(Chesapeake Bay)或墨西哥灣(Gulf of Mexico)的缺氧程度要深得多。在切薩皮克灣(Chesapeake Bay)，海水最深的區(qū)域可能只有20至50米(54至164英尺)深。
從理論上講，隨著大氣中二氧化碳的增加，海洋中的二氧化碳水平(即，海洋酸化)應(yīng)平行增加。然而,蔡解釋說(shuō),上升流的更深的水域,含有更多的二氧化碳與海洋環(huán)流模式組合,或混合不同層的海洋,會(huì)導(dǎo)致水的pH值和碳酸飽和狀態(tài)來(lái)改變很多。蔡說(shuō)雖然有一些最近的論文在這方面,他和他的同事們第一個(gè)與直接的數(shù)據(jù)顯示,這是由風(fēng)應(yīng)力引起的。
蔡國(guó)強(qiáng)說(shuō):“關(guān)于這個(gè)問(wèn)題有很多爭(zhēng)論，但如果把這20年的數(shù)據(jù)綜合起來(lái)，就會(huì)得出一個(gè)一致的結(jié)論，即海洋環(huán)流模式確實(shí)會(huì)影響海洋酸化?！蹦敲?，南大洋和特拉華州有什么關(guān)系呢?“南大洋是一個(gè)真正改變深海二氧化碳信號(hào)的區(qū)域，因?yàn)檫@種快速混合到深海中，”蔡說(shuō)?！耙虼?，當(dāng)風(fēng)速導(dǎo)致海水分層混合并改變環(huán)流模式時(shí)，它真的會(huì)推動(dòng)可能對(duì)全球海洋產(chǎn)生重大影響的變化，而且從廣義上講，最終會(huì)影響包括大西洋在內(nèi)的其他地區(qū)。”
