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我国学者在北冰洋酸化水体扩张机理研究方面取得重要突破

日期 2017-03-15   来源:地球科学部   作者:李薇  【 】   【打印】   【关闭

  在国家自然科学基金项目(项目编号:41230529,41476172,41476173,41406221)等资助下,国家海洋局第三海洋研究所陈立奇团队通过精细分析20年来西北冰洋的航次数据(图1),揭示了全球气候变化驱动西北冰洋酸化水体快速扩张的事实。该研究成果以“Increase in acidifying water in the western Arctic Ocean”(西北冰洋酸化水体快速增长)为题于2017年3月2日以封面文章的形式发表于Nature Climate Change。论文链接:http://www.nature.com/nclimate/journal/v7/n3/full/nclimate3228.html。该期封面刊登了我国“雪龙”号科考船在北冰洋海冰区作业时的照片,并配发了著名海洋酸化研究学者Richard G. J. Bellerby以“Ocean acidification without borders”(海洋酸化没有边界)为题的新闻和评论稿。

  北极地区是对全球气候变化响应最敏感的地区,过去20年来的升温幅度是全球平均升温的2倍多。北极快速升温导致了北冰洋海冰大量融化,每年夏季开阔水域达1000多万平方公里,大量的人为CO2通过大气进入北冰洋,导致其上层水体的酸碱度降低,形成北冰洋的酸化现象,被称为全球海洋酸化的“领头羊”。

  针对“北冰洋酸化程度及其增长速率”这个科学问题,论文通过对过去20年来5个北冰洋航次数据的精细分析,采用化学示踪和模型模拟,发现过去20年来西北冰洋海洋酸化面积在快速扩大,深度250米以上的酸化水体从1994年占总面积的5%,扩张到2010年的31%。这也是全球大洋中第一次直接观测到酸化海水在上层海洋中大范围、长时间的快速扩张,比在太平洋或者大西洋观测到的结果要快四倍以上。而这种快速酸化是来自全球气候变化的驱动。全球气候变化和北极变暖引起了北冰洋环流和大气模态异常,北冰洋海冰覆盖面积快速后退诱发太平洋冬季水(携带“腐蚀性”的酸化海水)大范围入侵(图2),导致了北冰洋酸化水体面积以每年1.5%的速率增长,预估到本世纪中叶西北冰洋酸化水将充满深达250米的整个水柱。北冰洋快速酸化将对海洋生物造成重大影响,尤其是蛤蚌、贻贝、海螺等钙质外壳生物将更难形成或维持其外壳。翼足目类海螺是北冰洋食物链的重要一环,是北极三文鱼和鲱鱼的重要食物,其总量下降将对北冰洋生态系统造成严重影响。

图1. 1994年至2010年间航次调查所获取的西北冰洋文石饱和度(Ωarag)纬向分布和各航次位置(c图)

图2. 20世纪90年代初(左图)至21世纪10年代(右图)之间由环境和气候变化所驱动的西北冰洋文石饱和度变化范围的示意图

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