海洋正在改變，對南大洋酸化的新認識

海洋正在改變,對南大洋酸化的新認識

南極洲有一股洋流，它環繞著大陸，是南大洋的一部分。這種電流被稱為南極環極電流。當西風在南半球夏季增強時，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。

為什麼會發生這種情況，為什麼這很重要?特拉華大學教授蔡偉軍在《自然通訊》雜誌上發表了一篇論文，探討了這些問題。參與這項研究的研究人員說，這些影響是由西風驅動的綜合過程造成的，這一理論被來自塔斯馬尼亞南部20年的觀測數據所證實。了解控制海洋酸化的因素對於預測海洋化學變化對未來海洋生物和生態系統的影響很重要。南大洋，也被稱為南極海洋，是研究這些機制的關鍵所在，因為它具有巨大的儲存大氣中二氧化碳的能力，而大氣是氣候變化的關鍵組成部分。

數據驅動的結果有利於未來的預測模型

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，海洋生物需要它來製造外殼。這被認為是由於南大洋的低溫(平均零下2至7攝氏度(約28至45華氏度)，以及整個水柱強烈的垂直混合。由於這些低溫和深層混合，水表面吸收的二氧化碳可以迅速轉移到南大洋的深處並儲存在那裡，不像大多數低緯度海洋那樣，巨大的溫差阻止了地表水和深海的混合。

然而，由於大氣中二氧化碳的濃度繼續增加，預計南大洋的表層水將越來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，」蔡國強說。她是無機碳化學方面的專家，也是特拉華大學地球、海洋和環境學院的瑪麗·a·s·萊特希普主席。「更好地了解這裡的海洋酸化機制，有助於改善關於海洋能吸收多少大氣二氧化碳的預測模型。」

在南半球，大氣變化的主要方式是通過所謂的南方年度模式(SAM)。當這種模式從一個極端轉變為另一個極端時，氣壓差導致圍繞南極洲的西風帶(或急流)向北或向南移動。當噴氣氣流增強(正向山姆趨勢)時，它向南極洲收縮。當急流減弱(負面山姆趨勢)時，它向北向赤道擴展。

在他們的研究中，研究人員通過對塔斯馬尼亞島南部二氧化碳的連續數據測量，探索了西風是如何調節海洋酸化速度的。研究人員將酸性增強歸因於西風將更多酸性水從高緯度地區水平吹向赤道，並從地表下垂直吹向地表。「當你有一個壓差，你有一個更強的風，風總是從高壓移動到低壓，驅動表面洋流從一個點到另一個點。在物理海洋學中，我們把這種風驅動的埃克曼運輸稱為「風驅動的埃克曼運輸」。

當西風減弱時，其結果是相反的，酸性較少的表層水被轉移到南極。

「不管我們是在切薩皮克灣、墨西哥灣還是南大洋進行這項研究，這都是二氧化碳或酸化水進入研究區域的另一個原因。」但根據位置的不同，這種機制可以以不同的方式顯現出來。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)應平行增加。然而,蔡解釋說,上升流的更深的水域,含有更多的二氧化碳與海洋環流模式組合,或混合不同層的海洋,會導致水的pH值和碳酸飽和狀態來改變很多。蔡說雖然有一些最近的論文在這方面,他和他的同事們第一個與直接的數據顯示,這是由風應力引起的。

蔡國強說:「關於這個問題有很多爭論，但如果把這20年的數據綜合起來，就會得出一個一致的結論，即海洋環流模式確實會影響海洋酸化。」那麼，南大洋和特拉華州有什麼關係呢?「南大洋是一個真正改變深海二氧化碳信號的區域，因為這種快速混合到深海中，」蔡說。「因此，當風速導致海水分層混合併改變環流模式時，它真的會推動可能對全球海洋產生重大影響的變化，而且從廣義上講，最終會影響包括大西洋在內的其他地區。」

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