科学家探究太平洋深层通风系统的奥秘

最近的研究成果对海洋生物地球化学和气候科学具有重要意义，这些研究成果由自然通讯这是新南威尔士大学科学学院数学与统计学院副教授 Mark Holzer 与 Tim DeVries（UCSB）和 Casimir de Lavergne（LOCEAN）共同撰写的一篇论文。

霍尔泽说：“北太平洋深处是一个巨大的储层，里面储存着数百年来积累的再矿化营养物质和呼吸碳。当这些回到地表，其中的营养物质支持生物生产，溶解的二氧化碳₂可以释放到大气中。因此，太平洋深处在地球气候系统中发挥着关键作用。”

但是，海洋环流的路径是什么，为新通风的到太平洋深处？而这些古老的最终会回到地面吗？迄今为止，关于翻转环流在其中所起的作用有两种相互竞争的理论。

一种理论——“标准传送带”——设想出现大范围翻转，南极底层水涌上约 1.5 公里深，然后向南流回南大洋。另一种理论——“阴影传送带”——认为翻转被压缩到约 2.5 公里以下，其上方是基本停滞的“阴影区”。

“我们的工作调和了这两种理论：阴影传送带正确地捕捉到了阴影区下方垂直压缩的翻转，而标准观点必须从水流通过阴影区扩散的角度进行广泛解释。由于阴影区在很大程度上不受翻转环流的影响，因此问题就变成了水究竟是如何进出阴影区的，”霍尔泽说。

作者利用新颖的数学分析方法，对最先进的海洋环流模型进行分析，使环流与观测到的示踪剂分布和表面强迫达到最佳拟合，从而详细量化阴影区与海洋表面交换水的路径和时间尺度。

“我们的分析使我们能够得出太平洋大规模深层环流的新示意图。我们发现，沿密度表面和跨密度表面的扩散输送在阴影区的通风中起着主导作用。”

与普遍持有的观点相反的是，太平洋深水完全沿着密度表面上升到南大洋，作者发现，阴影区只有大约一半的水沿着这条路线流动，另一半则返回在低纬度地区和亚北极太平洋，有助于解释那里的高生物产量。

科学家们表示，对太平洋深处的这一新认识和运输路径将有助于解释观察到的示踪剂分布和生物地球化学过程。

“未来研究的一个令人兴奋的方向是了解“该区域的氧气含量已经很低，并且对增加的氧气需求很敏感，它决定了海洋生物泵对气候变化的反应，”霍尔泽说。