大約12000年前，最後一個冰河時代結束了。全球氣溫上升 全新世早期開始，人類社會逐漸走向更永久的定居點 一項發表在《自然》雜誌上的新研究 自然地質學 強調南極洲周圍的南大洋如何幫助推動這一大規模的氣候變化。
由青島嶗山實驗室的黃晃博士和GEOMAR的地球化學家Marcus Gutjahr博士領導的研究小組著手重建過去32,000年來南極底層水（AABW）在南大洋擴散的距離。
“我們想了解南極底層水對它的影響。它是世界海洋中最冷、密度最大的水體。它在最近一次冰消期間發生了怎樣的變化？以及它在全球碳循環中扮演什麼角色，”黃說。他於 2019 年獲得 GEOMAR 博士學位，現在在中國青島擔任科學家。
深海沉積物核心和化學指紋
為了回答這個問題，科學家們檢查了從南大洋的大西洋和印度洋收集的九個沉積岩芯。這些岩心來自約 2,200 至 5,000 米的水深，分佈在整個地區。通過分析沉積物中保存的釹金屬的同位素組成（反映了周圍海水的化學性質），他們能夠重建南極底層水數万年來的變化。
“海水中的可溶性釹及其同位素特徵是深水團起源的極好指標，”Marcus Gutjahr 博士解釋道。我們注意到，南大西洋的釹特徵僅在成分上是現代的，大約 12,000 年前。然而，上一個冰河時代的沉積物顯示出今天南大洋中沒有的價值。起初，我們認為該方法有缺陷，或者沉積物核心有問題。但真正的問題是：什麼可以產生這樣的信號？只有當深水長時間保持幾乎靜止時，這種奇異的同位素特徵才會出現。在這種情況下，底棲通量——來自海底的化學輸入——主導了海洋沉積物中的同位素印記。 ”
深層靜水、碳封存和最後一個冰河時代
在上一個冰河時期，目前南極洲周圍形成的寒冷、稠密的深水並不像今天那麼廣泛。相反，大部分深海充滿了源自太平洋的富含碳的水。這就是今天的環極深水（CDW）冰的起源。在研究中，CDW 被描述為富含碳。這是因為它在深海中循環很長一段時間，與表面的接觸有限。這種分離意味著大量溶解的碳仍被鎖在深海中。這有助於保持大氣中二氧化碳含量相對較低。
大約 18,000 至 10,000 年前，隨著世界變暖和冰蓋消退，南極底層水量在兩個不同的階段增加。這些擴張階段與南極洲的全球變暖事件同時發生。這是由於南大洋垂直混合的增加。因此，長期儲存碳的深水會被拉近地表。導致碳逃逸到大氣中。
“AABW 擴張與許多不同的過程相關，”Gutjahr 解釋道。 “南極洲周圍的全球變暖正在減少海冰覆蓋。因此，更多的融水進入南大洋。由於鹽度較低，在這次氣候變化期間形成的南極底層水的密度較低。這種晚冰期的AABW可以通過南大洋進一步擴散。它破壞了現有水團結構的穩定，並增加了深層水和表層水之間的交換。”
此前，許多科學家認為北大西洋的變化，特別是北大西洋深水（NADW）的形成是南大西洋深層環流變化的主要原因。新的結果表明，這種北方的影響比之前認為的更為有限，進而用新形成的南極底層水取代了冰冷、富含碳的深水團。這似乎對於上一個冰河時代末期大氣二氧化碳的增加尤其重要。
南大洋熱量 南極冰損失和當前天氣狀況
“與過去的比較並不總是完美的，”古特賈爾說，“但最終取決於系統中可用的能源量。如果我們了解過去海洋如何應對全球變暖，我們就能更好地了解今天正在發生的事情。隨著南極冰架繼續融化。”
由於其廣闊的面積和獨特的環流，南大洋在調節全球氣候方面發揮著關鍵作用。過去50年來，南極洲周圍1000米以上的水域變暖速度比其他地方更快。確定深海變暖的速度如何影響海洋吸收和釋放二氧化碳的能力。科學家必須長期跟踪物理和生物地球化學變化。並將其整合到氣候模型中。
“我想正確地了解現代海洋，以便解讀過去的信號，”古特亞爾說。 “如果我們能夠追踪南極底層水域在過去幾千年中的變化，我們就可以更準確地估計南極冰蓋未來可能繼續失去質量的速度。”
從沉積物岩心獲得的古氣候數據在這項工作中是不可或缺的。它提供了對過去比現在溫暖的氣候的洞察。並幫助改進對未來氣候變化的預測。
