深海观测20年：北大西洋洋流减弱12%，海底温度大幅增加 | 北大西洋海平面上升敲响警钟
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海平面上升是全球气候变化的重要影响之一，会对沿海地区造成严重威胁。“海洋与湿地”（OceanWetlands）小编注意到，一项由美国迈阿密大学罗森斯蒂尔海洋、大气和地球科学学院以及美国国家海洋和大气管理局大西洋海洋和气象实验室的科学家进行的最新研究发现，在南极周围，人类活动影响带来的环境变化正在导致北大西洋海域海平面上升。这项研究成果于2024年4月发表在《自然地球科学》（Nature Geoscience）期刊上。
（上图：南极海冰。摄影：Joys ©绿会融媒·海洋与湿地）
该研究团队通过分析二十年间的深海海洋数据，发现北大西洋中深层洋流系统的一个关键部分已在过去20年中减弱了约12%。这一关键部分，被称为大西洋经向翻转环流（AMOC）中的深层分支，它是一个三维海洋流系统，起着分布热量、营养物质和二氧化碳的“传送带”作用。
该研究的首席作者是美国迈阿密大学罗森斯蒂尔学院NOAA海洋与大气研究合作研究所的科学家蒂亚戈·比洛（Tiago Biló）。他们发现，这一深海洋流系统的减弱与南极底层水的变化密切相关。南极底层水是由南极洋冬季冷却的海水形成的，其中最重要的形成机制之一是卤水排斥过程。随着海冰的形成，盐分释放到周围的水中，增加了水的密度，这种密度高的水沉入海底，形成了冷、密集的水层。
（上图：南极海冰。摄影：Joys ©绿会融媒·海洋与湿地）
在21世纪，研究人员观察到这种南极底层水流经北大西洋16°N纬度时放缓，减少了向高纬度地区的冷水流入量，导致深海水温升高。比洛表示：“尽管这些区域相距数万英里，深渊地区在海洋表面以下几英里，但我们的研究结果印证了即使世界海洋最偏远的地区也未能幸免于人类活动的影响。”
研究发现指出，这种南极周围深海水温升高的影响范围广泛，影响区域南北和东西方向上跨越了数千英里，位于海洋的4000~6000米深度之间，导致深海热量含量显著增加，进而引起当地海平面上升。这一发现对深海洋流的变化提供了重要线索，进一步揭示了人类活动对全球海洋环流系统的潜在影响。
比洛指出：“我们的观测分析与数值模型预测相吻合，人类活动可能对整个海洋循环造成影响。”他强调，这项研究成果的实现得益于全球多个海洋学研究机构数十年来的集体策划和努力。
感兴趣的“海洋与湿地”读者可以参看这项研究的全文，参见：
Tiago Carrilho Biló, Renellys C. Perez, Shenfu Dong, William Johns, Torsten Kanzow. Weakening of the Atlantic Meridional Overturning Circulation abyssal limb in the North Atlantic. Nature Geoscience, 2024; DOI: 10.1038/s41561-024-01422-4
海洋与湿地·小百科
大西洋经向翻转环流
（上图：北欧海和亚极盆地的地形图，带有示意图解的表面洋流（实线）和深层洋流（虚线），它们构成了大西洋经向翻转环流的一部分。曲线颜色表示近似的温度范围。红色：温暖的表面洋流；蓝色是寒冷的深层洋流；绿色是混合水域。图片来源：R. Curry, Woods Hole Oceanographic Institution/Science/USGCRP.）
大西洋经向翻转环流（Atlantic Meridional Overturning Circulation，简称 AMOC）是全球海洋温盐环流中的一支，是大西洋中南北走向的表层和深层洋流区域性整合而成。AMOC的特点是大西洋表层温暖的咸水向北流动，而较冷的深层海水向南流动。AMOC由多个分支组成，其中最为重要的是北大西洋深水循环。在全球海洋循环中，AMOC起关键作用，分布热量和营养物质，对全球气候和海洋生态系统产生重要影响。
从气候变化的角度来说，AMOC是地球气候系统的重要组成部分，在全球气候变化中扮演着关键角色。它通过输送热量，影响全球各地的气温分布。AMOC减弱会导致北半球特别是欧洲地区气温下降，而南半球特别是南极洲气温上升。此外，AMOC还与海平面上升、洋流模式和海洋生态系统等密切相关。
近年来，随着全球气候变化的加剧，AMOC的强度减弱趋势日益明显（正如本文中提到的：研究人员发现北大西洋中深层洋流系统的一个关键部分已在过去20年中减弱了约12%）。有研究表明，AMOC的减弱可能是导致北半球（特别是欧洲地区）近年来气温上升放缓的一个重要原因。另外一些研究显示，北大西洋中深层洋流系统的某些部分正在减弱，尤其是与南极底层水形成和流动有关的部分。这种减弱可能导致更多暖水停留在北大西洋，影响了北半球地区的气候和海洋生态系统。不过总体来讲，AMOC的变化还需要进一步的研究和监测来全面理解其对全球气候系统的影响。
卤水排斥
卤水排斥（brine rejection），又称盐水排斥，是海冰形成过程中发生的一种重要现象。当海水冷却至冰点以下（约-1.8°C），水分子会开始排列成六角形的晶体结构。然而，盐离子（主要是钠离子和氯离子）无法融入这种刚性结构，反而被排除在冰晶之外。而被排斥的盐分会留在周围的液态水中，使其盐度和密度增加。这种富含盐水的海水变得比周围的海水更重，并向下沉降，在形成的冰盖下方形成一层致密的卤水层。
卤水排斥是一个多方面的过程，将海冰形成与海洋和气候系统的复杂运作联系在一起。在海洋环流中，海冰形成过程中卤水富集水的下沉，促进了深海对流过程。这种致密的冷水沿着海底流动，驱逐了较温暖、密度较小的海水，推动了洋流。这些洋流在全球范围内运输热量、营养物质和二氧化碳，影响着全球气候模式。理解这一过程对于预测海冰范围、海洋环流模式以及气候变化对海洋生态系统和全球气候动态的影响至关重要。
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资讯源 | Nature Geoscience
编译 | 王芊佳
审核 | Sara
排版 | Sara
1. 大西洋终将消失？
【参考资料】
1. University of Miami Rosenstiel School of Marine, Atmospheric, and Earth Science. "Warming of Antarctic deep-sea waters contribute to sea level rise in North Atlantic, study finds." ScienceDaily. ScienceDaily, 19 April 2024. <www.sciencedaily.com/releases/2024/04/240419131807.htm>.
2.Weakening of the Atlantic Meridional Overturning Circulation abyssal limb in the North Atlantic
https://www.nature.com/articles/s41561-024-01422-4
3. Atlantic meridional overturning circulation
https://en.wikipedia.org/wiki/Atlantic_meridional_overturning_circulation
4. Brine rejection
https://en.wikipedia.org/wiki/Brine_rejection
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