中國科學家發現南大洋酸化的“幕后推手”

　　“坐在‘雪龍’號上就像坐在篩子上一樣，上下左右前后一起搖晃。”南極科考隊員這樣描述自己“勇闖”西風帶的經歷。

　　在南緯40度至60度附近，有一個環繞地球的低壓區，常年盛行五六級的西風和四五米高的涌浪，這就是通常所說的“咆哮西風帶”。

　　日前，科學家研究發現，這道進入南極必經的“鬼門關”，竟也是南大洋酸化的“幕后推手”。《自然—通訊》8月13日在線發表了這一成果。

　　獨特的第五大洋

　　“南大洋”這個詞大約出現在本世紀初，它是世界上第五個被確定的大洋，環繞南極大陸，連通太平洋、大西洋和印度洋，是唯一完全環繞地球卻未被大陸分割的大洋。

　　中科院院士陳大可表示，南大洋在地球系統中扮演著十分重要的角色。它不僅是世界各大洋的交匯區，也是上層海洋與深層海洋產生激烈交換的海區；不僅對全球大洋翻轉環流和氣候變化起著關鍵調控作用，還是全球碳循環、營養鹽循環和生態系統中的重要一環。

　　不過，有證據表明，南大洋正在變暖、變淡、變酸，而且它作為全球海洋最大的碳匯，其儲碳能力可能正在降低。

　　這些問題已經引起了科學家的關注，越來越多的海洋科學家選擇南大洋作為研究區域。

　　南大洋的區域環境特征決定了南大洋海水酸化過程的調控機制與其他海區的酸化過程不盡相同，除了受到全球環境的整體變化——大氣二氧化碳濃度升高的影響，也有自己的獨特性。

　　“受低溫和上升流的影響，南大洋pH和碳酸鈣飽和度較低，因此南大洋是最易因大氣二氧化碳濃度升高而發生酸化的海域之一。”論文第一作者、自然資源部第一海洋研究所副研究員薛亮說。

　　尋找酸化因子

　　南大洋的酸化研究其實是從其作為碳匯吸收二氧化碳開始的。南大洋是地球上一個重要的碳匯區，占海洋對人為二氧化碳吸收量的30%-40%。

　　薛亮告訴《中國科學報》記者，上世紀60年代，美國、歐洲、日本、澳大利亞等最早開始相關研究，我國差不多從上世紀90年代開始。

　　海洋化學專業的薛亮最早也是研究南大洋儲碳能力的變化。2012-2013年參加中國第29次南極科考時，他注意到“南極的風變大了”，這會影響南大洋的化學參數。于是，他分析了風速變化對南大洋吸收二氧化碳能力的影響。

　　隨后，在自然資源部第一海洋研究所研究員于衛東和美國特拉華大學教授蔡衛君的啟發下，他又進一步研究了南大洋的酸化問題。

　　“盡管海洋酸化主要是由大氣二氧化碳濃度升高引起的，但局地物理和生物地球化學過程可以顯著減弱或加劇海洋酸化。”薛亮表示，確定這些調節海洋酸化的過程和因素對于準確預測未來海洋酸化的程度及影響十分重要。

　　作為南半球海洋氣候變化主要模態的南大洋環狀模（SAM），對南大洋酸化究竟有何影響，一直尚無定論。薛亮就此作為切入點。

　　“之前有人通過計算機模擬做過一些工作，但是得出的結果大相徑庭。”薛亮及其合作者到處搜集數據，溫度、鹽度、二氧化碳分壓……他們通過分析多源歷史觀測數據，發現SAM對南大洋酸化速率有明顯調控作用。

　　全球海洋碳吸收能力估算的主要貢獻者，也是該工作的重要合作者——美國哥倫比亞大學教授Tara Takahashi對他們的工作非常感興趣，還親自把所有的數據又算了一遍，最后對其結果表示肯定。

　　加強長期觀測

　　薛亮等研究發現，在SAM增強時期的南半球夏季，極區海洋酸化速率明顯快于單純由大氣二氧化碳濃度增加所致的酸化速率，而在亞南極區情況則相反——其酸化速率慢于或相當于單純由大氣二氧化碳濃度增加所致的酸化速率；在SAM變化趨勢不顯著時期，極區海洋酸化速率相當于單純由大氣二氧化碳濃度增加所致的酸化速率，而亞南極區海洋酸化速率則明顯快于單純由大氣二氧化碳濃度增加所致的酸化速率。

　　“重要的是，在以上兩種情況下海洋酸化速率均與風速變化速率呈現正相關關系，表明風速變化對南大洋夏季海洋酸化速率有著重要的調控作用。”薛亮說，“這塊工作提高了對南大洋酸化機制的認識，為預測南大洋碳吸收和評估其對生態系統的影響提供了重要的理論依據。”

　　南大洋幅員廣闊，遠離大陸，約占海洋總面積的六分之一，同時橫跨三個大洋、鄰接海冰區、上覆西風帶，氣候極其惡劣，獲取現場數據困難。

　　正如陳大可說的：相對于世界大洋的其他部分，人類對南大洋的觀測和了解還非常有限。

　　為此，薛亮表示，下一步將繼續與國內外該領域的科研人員合作，通過推廣應用新型研究手段，加強南大洋碳循環的長期觀測與研究，重點關注南大洋碳吸收能力、酸化程度及其對海洋和大氣過程等外部強迫的響應。