專家顧問：中國科學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散，然后緩慢上升，到達數(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，南極洲驅動一個被稱為“翻轉環(huán)流”的全球洋流網(wǎng)絡，在全球范圍內(nèi)重新分配熱量、碳和營養(yǎng)物質。翻轉環(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)定至關重要，而且這也是氧氣到達深海的主要途徑。

“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節(jié)器之一。換句話說，南極底層水對于數(shù)十年至千年時間尺度上的海洋熱量和碳封存都至關重要?！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)生的時間甚至比氣候模型預測的還要早。

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)消融導致的。

南極海冰被認為是生成底層水的一個“發(fā)動機”，海冰凝結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。

海冰質量

20世紀80年代，南極洲平均每年損失400億噸冰。到2020年，這一數(shù)字擴大逾6倍，達到每年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錄。

南極海豹灣冰崩。攝影：趙勇

此外，由太平洋多年代際濤動（IPO）驅動的大氣遙相關引發(fā)南極附近的大氣環(huán)流異常，造成韋德爾海域存在較強的北風異常，將大量暖空氣輸送到該海域，導致海冰加速消融，并進一步導致南極底層水減少。

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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：英國南極調查局

可以預見的是，隨著氣候變暖加劇，南極海冰面積將持續(xù)甚至加速縮減，南極驅動的翻轉環(huán)流也可能進一步放緩，這將引發(fā)一系列嚴重后果。

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造成海洋吸熱減弱以及“固碳”減弱，導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，導致氧氣含量進一步降低，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

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