南极冰层融化，暴露出一个巨大的气候秘密

南大洋对地球至关重要，因为它在应对全球变暖中扮演着关键角色。世界海洋约吸收人类产生的四分之一二氧化碳，而南大洋就占了其中的40%左右，是地球最强大的自然防暖屏障之一。这个巨大的碳汇通过复杂的循环系统运作：深层海水上升到表层，与大气交换气体后再次下沉，将吸收的二氧化碳带回深海。

这一平衡取决于古代深层海水重新浮出水面的量。当更多富含碳的深层海水到达表层时，会限制海洋吸收新的人类排放二氧化碳的能力。这种相互作用由不同水团的分层（即 stratification）和洋流强度控制。

南大洋中重新浮出的深层海水已经隔离了数百年甚至数千年，积累了大量二氧化碳。气候模型预测，人类活动导致的气候变化会使西风增强，从长期来看，这将把更多富含碳的深层海水带到表层，降低海洋吸收二氧化碳的能力。然而，尽管西风增强，近几十年收集的数据显示南大洋仍是强大的碳汇。德国阿尔弗雷德研究所（AWI）的新研究解释了原因：海洋分层发生了变化，将大部分深层碳锁定在下方。

AWI 海洋学家、该研究的主要作者 Léa Olivier 博士指出：“南大洋的深层海水通常在200米以下，它含盐、富含营养，且比表层附近的水相对温暖。”深层海水含有大量很久以前进入海洋的溶解二氧化碳，而表层水则更冷、盐度更低、含碳量更少。只要这种密度分层保持强烈，富含碳的深层海水就会被隔离。但如果水层之间的边界变弱，被困的碳就更容易到达表层并逃逸到大气中。

Léa Olivier 表示：“先前研究认为，全球气候变化会加强南大洋的西风，进而增强翻转环流，这会将更多富含碳的深层海水带到表层，从而降低南大洋储存二氧化碳的能力。”虽然已观测到这种西风增强并与人类活动相关，但测量显示海洋的碳吸收量尚未出现大幅下降——至少目前还没有。

AWI 和其他研究机构的长期监测表明，气候变化已在改变表层和深层海水的特性。Léa Olivier 解释：“在我们的研究中，我们使用了1972年至2021年间南大洋大量海洋考察的生物地球化学数据集，寻找长期异常以及环流模式和水团特性的变化。在此过程中，我们只考虑与两个水团之间交换相关的过程（即环流和混合），不包括生物过程等。”研究发现，自20世纪90年代以来，这两个水团变得更加不同。由于降水增加以及冰川和海冰融化导致淡水输入增多，南大洋表层水盐度降低。这种“淡化”加强了两个水团之间的密度分层，进而将富含碳的深层海水困在下层，防止其突破两层之间的屏障。

Léa Olivier 总结道：“我们的研究表明，这种更淡的表层水暂时抵消了模型模拟预测的南大洋碳汇减弱，但如果分层减弱，这种情况可能会逆转。”增强的西风已在将深层海水推向更接近表层的位置，自20世纪90年代以来，深层水层的上边界已上升了约40米。随着富含碳的海水取代更多表层水，它们之间的边界更容易因西风而混合。一旦混合加剧，储存的二氧化碳可能开始向上泄漏并逃逸到大气中。

近期研究表明这一过程可能已开始。如果更多深层海洋碳到达表层，南大洋作为全球碳汇的作用可能减弱，加速气候变化。Léa Olivier 说：“最让我惊讶的是，我们在表层之下找到了问题的答案。我们需要超越海洋表面去观察，否则可能会错过故事的关键部分。”该研究的合著者 Alexander Haumann 教授解释：“要确认近年来是否有更多二氧化碳从深海释放，我们需要更多数据，尤其是冬季的数据，因为冬季水团往往会混合。未来几年，AWI 计划在国际‘Antarctica InSync’项目中仔细研究这些过程，以更好地了解气候变化对南大洋的影响及潜在相互作用。”