作為一個巨大的碳儲庫，海洋對不同時間尺度大氣二氧化碳變化起著至關重要的作用，從而影響全球氣候。然而，海洋與大氣之間二氧化碳是如何轉移傳輸?shù)?二氧化碳波動具體是受哪些海洋過程調(diào)控的呢?這些問題至今尚未解決。

近日，青島海洋科學與技術試點國家實驗室研究員于際民團隊開發(fā)了一種全新的、可有效反映海—氣二氧化碳交換的示蹤計—DICas。利用這一新型示蹤計，并結合數(shù)值模擬，該團隊詳細揭示了末次冰消期海洋內(nèi)部與大氣之間的二氧化碳交換過程。相關研究成果發(fā)表于《自然—地球科學》雜志。

于際民表示，由于海—氣二氧化碳交換發(fā)生在海洋表層，因此大多科學家利用生長在表層海洋的生物載體，如浮游有孔蟲的鈣質(zhì)殼體和硅藻的蛋白石骨骼，來開發(fā)不同的指標用以研究碳循環(huán)。

然而，依據(jù)這些指標所獲得的數(shù)據(jù)信號存在諸多時空差異，影響推測碳循環(huán)機制。例如，大多數(shù)有孔蟲類和硅藻主要生長在春、夏兩季，即便基于它們的測試表明某海域向大氣釋放二氧化碳，也不能斷言該海域是大氣的一個碳源，因為在春、夏兩季釋放的二氧化碳可能會在其它季節(jié)又被海洋吸回去，而年均凈釋放量可能甚小。

與表層海洋對比，海洋內(nèi)部水體可綜合全年的海—氣二氧化碳交換信號，基本不受季節(jié)變化的影響。因此，在一定程度上，海洋內(nèi)部水體可更好地反映大范圍海域?qū)Υ髿舛趸嫉挠绊憽?/p>

“不過，海洋內(nèi)部碳循環(huán)也受多個過程調(diào)節(jié)，并非所有過程都可直接反映海—氣二氧化碳交換信息。”于際民說，“比如，生物降解是海洋內(nèi)部普遍存在的過程，降解作用增強可增加深海中的碳含量，但是僅有一部分碳含量增加與海—氣二氧化碳交換直接相關，也就是說碳從大氣被封存到了深海，而其它部分的碳含量增加則是碳在海洋內(nèi)部的轉移，比如，碳從淺海被轉移到深海。”

探索大氣二氧化碳變化機制，海—氣交換部分的二氧化碳是科學家期望獲得的信息。然而，如何從海洋內(nèi)部海水數(shù)據(jù)提取有價值的海—氣二氧化碳交換信號，這是碳循環(huán)研究中一個關鍵而極具挑戰(zhàn)性的任務。

通過多年努力，于際民團隊開發(fā)了二氧化碳交換的示蹤計DICas。與傳統(tǒng)指標相比，該示蹤計綜合了海洋內(nèi)部海水碳含量、營養(yǎng)鹽和堿度等各類參數(shù)的變化，消除了生物降解作用的干擾，可更精準反映海洋表面的海-氣二氧化碳交換信號，為碳循環(huán)研究提供一種“由內(nèi)而外”的新技術。

利用該新型示蹤計及數(shù)值模擬，研究團隊發(fā)現(xiàn)，在末次冰消期早期，海洋內(nèi)部水體通過南大洋向大氣釋放了二氧化碳。更重要的是，該研究提出了一種新的機制(即南極中層水的驟然擴張)來解釋大約1.47萬年前末次冰消期迅速變暖的一個重要時段——“波林時期”所呈現(xiàn)的百年尺度二氧化碳快速上升。

與其它水體相比，南極中層水對大氣二氧化碳的封存效率要低。因此，該水體的擴張會降低海洋對大氣二氧化碳的封存能力，從而導致大氣二氧化碳上升。這表明，海洋內(nèi)部水體的大氣二氧化碳封存能力與洋流循環(huán)密切相關。

于際民表示，海洋碳循環(huán)是一個復雜、重要的研究課題。為更準確的預測未來大氣二氧化碳變化，我們亟需深入理解全球碳循環(huán)、營養(yǎng)物質(zhì)循環(huán)及其與溫鹽環(huán)流的耦合機制，而研究地球的氣候歷史是提升對碳循環(huán)-氣候體系機制性理解的一個重要渠道。(作者：韓揚眉)

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關鍵詞： 新型示蹤計 末次冰消期 海洋內(nèi)部 二氧化碳