2025-01-03 | 科研部 南科大刘青松团队揭示北太平洋在全球碳循环中的调控作用

近日，南方科技大学海洋科学与工程系海洋磁学中心讲席教授刘青松团队在末次冰期旋回以来太平洋深海环流演化及其对全球碳循环影响的研究中取得重要进展。研究成果以“Response of atmospheric CO₂ changes to the Abyssal Pacific overturning during the last glacial cycle”为题，在地球科学领域国际学术期刊 Global and Planetary Change 上发表。

海洋环流对温度、碳和营养物质再分配过程中的控制作用，被认为是地球气候系统中关键的反馈过程之一。南大洋作为全球海洋重要的上涌中心，通过南大洋上升流作用将富含 CO₂ 和营养物质的深水传输到表层海洋，被普遍认为是冰期旋回期间大气 CO₂ 变化的重要调控机制。近年来，越来越多的证据表明，仅南大洋过程难以解释冰芯中的大气 CO₂ 记录，两极海区的共同作用亦需考虑。然而，作为地表系统最大的碳储库，太平洋在全球碳循环过程中扮演的角色及机制仍不清楚，主要原因在于钙质沉积溶解所造成的古海洋信息缺失和沉积年龄框架难以确定。

南海是西北太平洋最大的边缘海，它通过唯一的深水通道——吕宋海峡（~2400m）与太平洋相连，成为研究过去太平洋深海环流演化的理想区域（图1）。因此，南方科技大学海洋磁学研究中心团队利用南海南部深水钻孔 B9 的氧化还原敏感元素和底栖 δ¹³C 测试分析，恢复了末次冰期旋回以来南海深层水（SCSDW）水团性质和通风条件。

图1 钻孔位置和现今太平洋环流

研究团队通过南北太平洋不同水团 δ¹³C 堆栈曲线在空间上梯度变化和深海氧化历史记录，揭示了冰期太平洋深海通风减弱，翻转环流减缓，并促进深海呼吸碳库的积累（图2）。其中，间冰期活跃的深海翻转环流可能为北太平洋的碳释放提供额外的碳转移途径，并导致亚北极太平洋表层生产力的勃发。特别在地球倾角影响下南大洋上升流与大气 CO₂ 解耦期间，北太平洋过程可能对大气 CO₂ 变化起到更为重要的作用。因此，研究工作强调了太平洋-南大洋两极过程在全球碳循环中的协同作用，这为更全面地理解全球碳循环变化提供了新视角。

图2 末次冰期旋回以来太平洋翻转环流演化及南北太平洋记录对比： a. 太平洋各水团δ¹³C堆栈曲线； b. δ¹³C梯度揭示的翻转环流强度和水团结构变化（实线为∆δ¹³C_SCSDW-LCDW，虚线为∆δ¹³C_PDW-LCDW）； c. 太平洋深海通风条件变化历史；d. 太平洋深海碳储库变化；e. 亚北极太平洋生产力记录；f. 南大洋上升流记录（绿线为南大洋上升流平均强度；点线为基于南极温度的预测强度）；g. 地球倾角；h. 大气CO₂记录

南方科技大学海洋科学与工程系博士生张亚南为论文第一作者，刘青松、南海所黎刚研究员为共同通讯作者，南方科技大学为论文第一单位。该研究得到国家自然基金、国家重点研发计划、中科院南海所专项基金及同济大学海洋地质国家重点实验室的资助。

论文链接：https://doi.org/10.1016/j.gloplacha.2024.104636

供稿：海洋科学与工程系

通讯员：颜莎

主图：丘妍

编辑：曾昱雯