南极“藏着”一台地球“碳泵”？它的减速会加剧全球变暖吗？

专家顾问：中国科学院大气物理研究所研究员 李熙晨

南极底层水如同“碳泵”一样，帮助捕获人类每年排放碳的三分之一，是全球气候变化的重要“调节器”之一。

南极底层的海水正在变暖、体积正在缩小。过去几十年里，受南极海冰持续消融等因素影响，南极底层水生成速度减缓了大约30%。

南极深层水不仅是重要的“碳泵”，也是重要的“热泵”。

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潜藏深海的“碳泵”

在南极洲，数万亿吨寒冷、高密度、富氧的水从大陆架倾泻而下，一直下沉到洋盆底部，这就是南极底层水（AABW）。

它形成于南大洋表面，占全球海洋体积的30%至40%，是世界上体积最大的水体之一。

这些底层水体在洋流中沿着海底向北扩散，然后缓慢上升，到达数千公里之外的地方。
 

大洋环流传输带示意图。图片来源：NASA

通过这种方式，南极洲驱动一个被称为“翻转环流”的全球洋流网络，在全球范围内重新分配热量、碳和营养物质。

翻转环流连接着全球所有的海洋，像“碳泵”一样帮助捕获了人类每年排放的三分之一的碳，对于维持地球气候稳定至关重要，而且这也是氧气到达深海的主要途径。

“南极底层水控制着全球大洋底层环境的变化。它不但为大洋底层水体提供了丰富的溶解氧，也在深海中封存了大量二氧化碳，

同时影响了海洋表层热量向深层的输送，是全球气候变化的重要调节器之一。

换句话说，南极底层水对于数十年至千年时间尺度上的海洋热量和碳封存都至关重要。”李熙晨说。

然而，在全球变暖加剧的背景下，“碳泵”正在悄然发生变化。

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“碳泵”正在减速

有研究显示，南极深层的海水正在变暖、体积正在缩小，这两个迹象表明洋流正在放缓，使得上层的温暖海水得以侵入。

分析发现，1992年至2017年，南极底层水生成速度减缓了大约30%，这种情况发生的时间甚至比气候模型预测的还要早。

为何体积如此庞大的环流生成速度会减速呢？

气候变暖正在加剧南极洲西部最大的冰川之一思韦茨冰川的融化。摄影：高登义

这主要是由海冰持续消融导致的。

南极海冰被认为是生成底层水的一个“发动机”，海冰凝结过程会析出大量盐分，造成周围海水盐度上升，密度增大，从而下沉到洋盆底部，形成南极底层水。

然而，在过去几十年里，南极海冰持续消融，导致淡水释放，表层水密度减小，其下沉受阻，最终抑制了底层水的形成。

气温

自20世纪50年代以来，南极洲年平均气温上升了3.2℃，变暖速度是全球平均水平的3倍多。南极和南大洋联盟称，南极海洋升温速度比世界其他地区更快。

海冰质量

20世纪80年代，南极洲平均每年损失400亿吨冰。到2020年，这一数字扩大逾6倍，达到每年2520亿吨。

海冰面积

2023年9月10日，南极海冰面积为1696万平方公里，是1979年有卫星观测数据以来南极冬季海冰面积峰值的最低纪录。
 

南极海豹湾冰崩。摄影：赵勇

此外，由太平洋多年代际涛动（IPO）驱动的大气遥相关引发南极附近的大气环流异常，

造成韦德尔海域存在较强的北风异常，将大量暖空气输送到该海域，导致海冰加速消融，并进一步导致南极底层水减少。

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南极底层水生成减速或加剧全球变暖

美国国家冰雪数据研究中心指出，南极海冰面积曾在数十年里长期保持稳定，甚至略有扩大。

然而自2016年8月以来，南极海冰面积几乎每月都较往年同期平均水平呈大幅下降趋势。
 

冰盖融化。图片来源：英国南极调查局

可以预见的是，随着气候变暖加剧，南极海冰面积将持续甚至加速缩减，

南极驱动的翻转环流也可能进一步放缓，这将引发一系列严重后果。

南极底层水不仅是重要的“碳泵”，也是重要的“热泵”，可以将全球变暖的额外热量输送并储存到深海。

南极底层水生成速度降低可能同时造成海洋吸热减弱以及“固碳”减弱，

导致更多的二氧化碳和热量滞留在大气中，这反过来又将加剧全球变暖，形成恶性循环。

此外，随着底层水流减慢，深海的氧气供应也将减少。

温暖的含氧量较低水体不断取代寒冷的富氧底层水，导致氧气含量进一步降低，

这将给海洋生物的生存繁殖以及海洋生态系统带来威胁。
 

南极海豹 摄影：赵勇

海洋动物会对氧气的微小变化做出反应，深海动物适应了低氧条件，但仍需要呼吸，

氧气的流失可能会导致它们迁移到其他地区寻求“避难所”或改变其行为。

模型模拟结果表明，可供这些动物生长发育的生存环境预计下降幅度将高达25%。