海洋

南极洋负责吸收人类活动产生的40%的二氧化碳。 现在，一项新的研究解释了使其成为地球上最大的碳汇的机制。 这项研究发表在自然气候变化上，揭示了其水域的盐度和温度变化如何对保留CO₂排放至关重要。 为什么南极洋是世界上最大的碳汇 世界上的海洋每年吸收大约四分之一的人类产生的二氧化碳。 尤其是，南极洋捕获了其中的40%。 这使其成为减缓全球变暖最重要的海洋区域。 现在，来自阿尔弗雷德·魏格纳研究所的研究人员Léa Olivier和F. Alexander Haumann分析了从1972年到2021年的数据以理解这一现象。 他们利用了在几十年的海洋探险中收集的全球海洋数据分析项目（GLODAP）的信息，覆盖了南极极地海洋的七个区域。 该研究旨在理解这一区域为何对碳吸收如此特别，以及这种能力是否保持稳定。 南极洋将CO₂保留在深处的机制 关键在于南极洋的层状结构，它像一个碳排放的保留系统。 表层，称为冬季水（WW），寒冷且盐度低。这一层充当保护盖。 下面是称为环极深水（uCDW）的深层水。 这些水更温暖，盐度更高，含有大量的累积CO₂。 这两种水团之间的差异形成了所谓的密度分层，即层之间的物理分隔。 这种分层至关重要，因为它阻止了深处储存的CO₂上升到表面并逃逸到大气中。 “我们能够确定，自1990年代以来，这两种水团变得更加不同，”海洋学家Léa Olivier解释道。 因此，研究确定了增强南极洋作为碳汇能力的重要转变。 特别是，表层变得更甜，自90年代以来盐度下降了多达0.3个单位。 这种现象称为“淡化”或淡化作用，主要是由于南极冰川的融水和降水增加。 同时，深层水上升了约40米，比几十年前更接近表面。 这些深层水的温度上升了0.2°C，其盐度值也增加，使其与上层的差异更大。 这种层之间的更大差异增强了分层，提高了海洋中CO₂的保留能力。 南极洋：没有这道天然屏障会发生什么 阻止分层的过程是上升流。 也就是说，富含二氧化碳的深层水上升到表面。 在过去的几十年中，根据水文地理数据分析，100到200米深度之间的fCO₂水平平均增加了10微大气压。 因此，现在海洋底层的CO₂浓度超过了大气中的含量。 这代表了潜在的风险：如果这些深层水在没有屏障的情况下到达表面，CO₂将释放到空气中，而不是留在海洋中。 然而，研究警告说，这种保护机制并非永久性的，并面临可能削弱它的威胁。 Olivier指出，“这种更甜的表层水暂时抵消了南极洋中碳汇的减弱。” 但她补充了一个关键警告：“如果分层减弱，这种情况可能会逆转”，这将消除天然屏障。 西风的风险和监测现象的必要性 例如，西风的增强是研究中科学家们确定的主要风险。 这些风可能会打破分层，增加表层和深层水团之间的混合。 如果发生这种情况，深处困住了几个世纪的CO₂将到达表面并释放到大气中。 合著者F. Alexander Haumann表示：“我们需要更多的数据，特别是在冬季，水团更容易混合。” 因此，作者强调理解这一机制至关重要，但同样重要的是监测其随时间的演变。 定期观测，特别是在冬季，将允许检测CO₂通风是否已经从深处开始。 因此，南极洋碳汇的未来将取决于多个相互关联因素的演变。 其中包括：由淡水输入引起的分层、风的强度和区域海洋动力学。

最近由俄勒冈州立大学领导的研究，并发表在科学杂志《Science》上，揭示了在过去450万年的不同时期，海洋的水平曾达到比当前高出20米的水平。 这项分析基于深海沉积物中氧同位素的组成，被认为是理解新生代期间的气候变化和海平面变化的关键档案，新生代是在6600万年前开始的地质时代。 研究团队澄清说，这些结果并不否认由人类活动引起的当代全球变暖，而是指的是完全不同的时间尺度。“我们谈论的是数千年与几十年的对比，就像目前的气候紧急情况一样”，该研究的主要作者Peter Clarke向SINC解释道。 冰川时期、冰盖和气候反馈 结果表明，在450万至300万年前之间，平均海平面明显更高，这表明格陵兰和南极洲的冰块要小得多。 从400万年前开始，海平面出现了50至80米的间歇性下降，标志着北半球的冰川时期的开始。在300万至250万年之间，这种冰川时期加剧，海平面下降到与当前水平相似的值。 冰盖与海平面及海洋之间的关系。 该研究还揭示，在过去250万年内，冰盖的振荡与2.1万年前发生的末次冰期一样剧烈。这与过去五十年的主流假设相矛盾，该假设认为大幅波动仅发生在过去一百万年内。 此外，观察到即使在全球气温下降至6°C时，广泛的冰块仍然持续存在于更新世时期。这种现象表明降水动力、大气环流和能量平衡等因素有助于维持冰盖的增长。 海平面上升的当前影响 由于融冰和热胀冷缩导致海洋水位上升，给沿海生态系统和沿海社区带来了严重影响。 尽管该研究侧重于过去的地质过程，但作者警告称，当前的海平面、全球温度和极端事件的变化与人类活动直接相关。其中最重要的影响包括： 更频繁的沿海洪水和土壤侵蚀 盐水入侵淡水层和农田 由于栖息地丧失而导致的强制迁徙 海洋生态系统的改变和食品安全的减少 风暴的加剧和极端气象事件 还有一些效应，如湿地的消失、珊瑚礁白化、海洋酸化加剧和深海氧气的减少，导致死亡区的形成并影响易受影响的物种。

一个由德国森肯贝格研究所领导的科学团队记录了一种意想不到的栖息地：螃蟹、蠕虫、鱼类和海葵在第二次世界大战期间投放到波罗的海的V-1飞弹和炸弹上繁衍生息。 研究人员没有发现一个有毒和荒凉的环境，而是发现爆炸物上有更多的生物多样性，而不是周围的海床。 “我们本以为会看到更少的生命，但结果恰恰相反，”研究发表在《通讯地球与环境》上的作者安德烈·维德宁指出。 战争遗迹作为新奇的庇护所 坚硬的表面和人类的隔离在污染区域创造了一个意想不到的栖息地。 德国水域中含有约150万吨被投放的武器，许多含有化学残留物和TNT等爆炸物。然而，在吕贝克湾，科学家观察到这些结构提供了波罗的海稀缺的坚硬表面，由于历史上用于建筑的石材开采，海底平坦而泥泞。 此外，污染物的存在产生了一个人类活动较少的区域，这反而为能够适应恶劣条件的海洋物种创造了一个保护泡沫。 是殖民化还是韧性？ 科学家们正在研究这些生物是否能够繁殖并吸收污染物。 下一步将评估这些生物吸收了多少污染物，以及这些物种是否能够繁殖并建立稳定的种群。 这类研究揭示了自然如何将人类遗迹转化为生命的机会，挑战我们对毒性和生态恢复的看法。 幽灵舰队：变成活生态系统的战舰 在波托马克河，被遗弃的船只变成了人工礁和脆弱物种的庇护所。 这种转变的一个标志性例子是马洛斯湾的幽灵舰队，位于美国马里兰州，数百艘在第一次世界大战期间建造的木制蒸汽船被遗弃，如今形成了一个国家海洋保护区。 木材残骸：船只的骨架腐烂并被水生植被殖民 人工礁：为像鱼鹰这样的鸟类和像大西洋鲟鱼这样的脆弱鱼类提供栖息地 独特的生态系统：是西半球最大的历史船只群之一 积极保护：无人机研究和深度测绘有助于保护这一独特的生态系统 沉船生态学：海洋保护的新前沿 战争遗迹可以成为研究韧性、适应和生物多样性的活实验室。 “这是生命力的见证，”杜克大学的海洋生物学家大卫·约翰斯顿表示，他将这些沉船绘制为功能性栖息地。 这些发现促使我们重新思考污染与生物多样性之间的关系，并考虑历史沉船作为海洋保护的盟友，只要它们以科学和伦理标准进行管理。