海洋正在改变,对南大洋酸化的新认识
南极洲有一股洋流，它环绕着大陆，是南大洋的一部分。这种电流被称为南极环极电流。当西风在南半球夏季增强时，洋流以南的海水酸化速度比仅从大气中吸收的二氧化碳要快。在电流的北部观察到相反的模式。
为什么会发生这种情况，为什么这很重要?特拉华大学教授蔡伟军在《自然通讯》杂志上发表了一篇论文，探讨了这些问题。参与这项研究的研究人员说，这些影响是由西风驱动的综合过程造成的，这一理论被来自塔斯马尼亚南部20年的观测数据所证实。了解控制海洋酸化的因素对于预测海洋化学变化对未来海洋生物和生态系统的影响很重要。南大洋，也被称为南极海洋，是研究这些机制的关键所在，因为它具有巨大的储存大气中二氧化碳的能力，而大气是气候变化的关键组成部分。
数据驱动的结果有利于未来的预测模型
南大洋是第四大海洋，文石的pH值和饱和度都很低。文石是一种碳酸盐矿物，海洋生物需要它来制造外壳。这被认为是由于南大洋的低温(平均零下2至7摄氏度(约28至45华氏度)，以及整个水柱强烈的垂直混合。由于这些低温和深层混合，水表面吸收的二氧化碳可以迅速转移到南大洋的深处并储存在那里，不像大多数低纬度海洋那样，巨大的温差阻止了地表水和深海的混合。
然而，由于大气中二氧化碳的浓度继续增加，预计南大洋的表层水将越来越容易受到海洋酸化的影响。“南大洋是通向深海的一扇窗户，”蔡国强说。她是无机碳化学方面的专家，也是特拉华大学地球、海洋和环境学院的玛丽·a·s·莱特希普主席。“更好地了解这里的海洋酸化机制，有助于改善关于海洋能吸收多少大气二氧化碳的预测模型。”
在南半球，大气变化的主要方式是通过所谓的南方年度模式(SAM)。当这种模式从一个极端转变为另一个极端时，气压差导致围绕南极洲的西风带(或急流)向北或向南移动。当喷气气流增强(正向山姆趋势)时，它向南极洲收缩。当急流减弱(负面山姆趋势)时，它向北向赤道扩展。
在他们的研究中，研究人员通过对塔斯马尼亚岛南部二氧化碳的连续数据测量，探索了西风是如何调节海洋酸化速度的。研究人员将酸性增强归因于西风将更多酸性水从高纬度地区水平吹向赤道，并从地表下垂直吹向地表。“当你有一个压差，你有一个更强的风，风总是从高压移动到低压，驱动表面洋流从一个点到另一个点。在物理海洋学中，我们把这种风驱动的埃克曼运输称为“风驱动的埃克曼运输”。
当西风减弱时，其结果是相反的，酸性较少的表层水被转移到南极。
“不管我们是在切萨皮克湾、墨西哥湾还是南大洋进行这项研究，这都是二氧化碳或酸化水进入研究区域的另一个原因。”但根据位置的不同，这种机制可以以不同的方式显现出来。这种南大洋的混合延伸到大约300到400米(大约1000到1300英尺)的深度。这比切萨皮克湾(Chesapeake Bay)或墨西哥湾(Gulf of Mexico)的缺氧程度要深得多。在切萨皮克湾(Chesapeake Bay)，海水最深的区域可能只有20至50米(54至164英尺)深。
从理论上讲，随着大气中二氧化碳的增加，海洋中的二氧化碳水平(即，海洋酸化)应平行增加。然而,蔡解释说,上升流的更深的水域,含有更多的二氧化碳与海洋环流模式组合,或混合不同层的海洋,会导致水的pH值和碳酸饱和状态来改变很多。蔡说虽然有一些最近的论文在这方面,他和他的同事们第一个与直接的数据显示,这是由风应力引起的。
蔡国强说:“关于这个问题有很多争论，但如果把这20年的数据综合起来，就会得出一个一致的结论，即海洋环流模式确实会影响海洋酸化。”那么，南大洋和特拉华州有什么关系呢?“南大洋是一个真正改变深海二氧化碳信号的区域，因为这种快速混合到深海中，”蔡说。“因此，当风速导致海水分层混合并改变环流模式时，它真的会推动可能对全球海洋产生重大影响的变化，而且从广义上讲，最终会影响包括大西洋在内的其他地区。”
