南極冰蓋融水曾擾動(dòng)了地球的海洋輸送帶

一項(xiàng)最新古氣候研究顯示，在最近兩次大規(guī)模冰期向間冰期轉(zhuǎn)變的“退冰”過程中，來自南極冰蓋的融水曾顯著增強(qiáng)南大洋上層與深層海水的分層結(jié)構(gòu)，從而削弱了全球海洋環(huán)流這一“地球輸送帶”的運(yùn)行效率。研究強(qiáng)調(diào)，南極冰蓋對(duì)海洋動(dòng)力學(xué)以及全球氣候系統(tǒng)具有強(qiáng)大的調(diào)控作用，其影響程度遠(yuǎn)超以往認(rèn)知。 該成果由馬克斯·普朗克化學(xué)研究所與布魯塞爾自由大學(xué)的弗朗索瓦·弗里皮亞特（Fran?ois Fripiat）領(lǐng)銜，并聯(lián)合多家科研機(jī)構(gòu)合作完成。

過去三百萬年間，地球在漫長的冰期與較溫暖的間冰期之間多次往復(fù)切換；在冰期，龐大的冰蓋曾覆蓋北半球大片陸地，延伸至歐洲部分地區(qū)，而隨后的退冰階段，這些巨大的冰體逐漸消退，深刻重塑了全球海洋環(huán)流和氣候格局。 過去幾十年，大量研究聚焦于北大西洋，特別是北半球冰蓋融水對(duì)大西洋經(jīng)向翻轉(zhuǎn)環(huán)流（AMOC）的影響；格陵蘭冰蓋淡水輸入被認(rèn)為會(huì)削弱這套關(guān)鍵洋流系統(tǒng)，從而影響歐洲的相對(duì)溫暖氣候。 相比之下，圍繞南極的南大洋雖然在氣候系統(tǒng)中居于核心地位，卻長期受到較少關(guān)注。

南大洋環(huán)繞南極，將大西洋、印度洋和太平洋緊密連接，被視為全球海洋環(huán)流的樞紐區(qū)域，同時(shí)還是大氣與深海進(jìn)行氣體交換的主戰(zhàn)場(chǎng)之一；深海作為巨大的碳庫，其所儲(chǔ)存的二氧化碳大約是大氣的百倍。 這一交換過程在很大程度上取決于海洋的“層結(jié)程度”，即不同水團(tuán)在垂向上的分層與混合狀況。 弗里皮亞特形象地指出，海洋就像一臺(tái)在全球范圍內(nèi)重新分配熱量與碳的巨大機(jī)器，當(dāng)這臺(tái)機(jī)器因分層增強(qiáng)而“分隔成層”時(shí)，其運(yùn)轉(zhuǎn)速度就會(huì)減慢，直接牽動(dòng)全球氣候變化。

在這項(xiàng)發(fā)表于《美國國家科學(xué)院院刊》（PNAS）的研究中，團(tuán)隊(duì)分析了采自南大洋的多支沉積巖芯樣品，利用保存于硅藻外殼中的有機(jī)物同位素組成，重建了過去環(huán)境條件的演變軌跡。 硅藻是生活在海水中的微型藻類，其大量累積并沉積在南大洋海底，為研究者提供了一部高分辨率的“自然氣候檔案”。 通過這些地質(zhì)記錄，科學(xué)家得以追蹤退冰時(shí)期南大洋分層和水體交換模式的細(xì)微變化。

結(jié)果表明，在退冰階段，南極附近海域的海洋層結(jié)顯著增強(qiáng)，其主因是來自冰蓋的大量淡水注入，使得表層海水密度下降，與下方冷咸深水之間的混合被大幅抑制。 與此同時(shí)，在更偏北的極鋒附近，融水與西風(fēng)帶共同作用，反而加強(qiáng)了深層海水的上涌過程，在一定程度上維持了全球范圍內(nèi)的海洋通氣功能。 這意味著，盡管南極近海的“分層加鎖”阻礙了局部深層與表層的交換，但全球海洋系統(tǒng)并未完全停擺，而是通過其他區(qū)域和機(jī)制繼續(xù)與大氣進(jìn)行物質(zhì)與能量的交換。

研究人員指出，觀測(cè)數(shù)據(jù)表明，在南極附近海洋愈發(fā)分層之際，極鋒帶的上升流和強(qiáng)勁的風(fēng)場(chǎng)仍然促使深海水團(tuán)不斷被抬升至表層，與大氣進(jìn)行氣體交換。 這些上涌過程可能釋放出大量原本封存于深海的二氧化碳，推動(dòng)大氣中溫室氣體濃度上升，從而在結(jié)束冰期、開啟較溫暖的間冰期過程中發(fā)揮了重要作用。 換言之，南極冰蓋融水既在局部“剎車”了海洋輸送帶，又通過遠(yuǎn)程效應(yīng)加速了地球由寒冷向溫暖狀態(tài)的轉(zhuǎn)換。

在這幅復(fù)雜而微妙的氣候圖景中，南極不再只是人們印象中的“冰雪荒原”，而是地球氣候系統(tǒng)的“隱形指揮者”之一，對(duì)熱量、碳以及海水循環(huán)的調(diào)配具有關(guān)鍵意義。 科學(xué)家強(qiáng)調(diào)，深入理解南極冰蓋與南大洋之間的耦合機(jī)制，不僅有助于還原地球氣候歷史，也將為評(píng)估未來在持續(xù)變暖背景下南極冰蓋加速融化可能對(duì)全球海洋環(huán)流和氣候造成的影響提供重要參考。