近日，國際地學期刊《Geophysical Research Letters》（Nature index）在線發表了中科院海洋所萬世明研究組在晚第四紀北太平洋中層水演化方面的最新研究成果。研究人員通過對沖繩海槽北部沉積物氧化還原環境演變歷史的重建，并結合氣候模擬結果，發現了北太平洋中層水的演化可能對間冰期大氣二氧化碳含量變化具有重要貢獻。 

全球年際海表-大氣CO2通量以及北太平洋降水量和溫度變化的關系 

　　海洋內部水團變化（如上升流、水體分層等）可以影響海洋深部的碳釋放到大氣中，而這些碳在搬運的過程中也可以被海洋生物所利用。因此，這種碳輸出與消耗之間的平衡可以深刻影響大氣CO2含量的變化。在高緯度海區，尤其是南大洋和亞北極太平洋，強烈的水體垂直交換使得海洋深部埋藏的碳被搬運到表層。由于該過程發生的速率要高于浮游植物的固碳速率，因而使得大量的CO2被釋放到大氣中，而這些區域也就成為了大氣CO2的重要源區。 

　　南大洋的海洋過程在冰期-間冰期碳循環驅動機制中一直居于統治地位。尤其是冰消期南大洋上升流的劇烈脈沖式增強促進了該區域深部碳的釋放，導致大氣CO2含量快速升高，并且在之后的間冰期維持了相當長時間的高位水平。對于這種維持過程，北太平洋同樣作為一個重要的碳源，是否也起到了一定的貢獻作用？北太平洋中層水可以控制底層水和上部水體的分層性，進而可以影響深部碳的釋放，因此其演化可以對北太平洋碳釋放產生重要影響。 

南大洋和北太平洋海-氣過程對南北半球間熱量傳輸的響應

　　沖繩海槽水體氧化還原狀態可以受到北太平洋中層水的強烈影響，因此是研究北太平洋中層水演化的理想區域。據此，研究人員利用沖繩海槽沉積物氧化還原敏感元素恢復了過去40萬年以來的水體氧化還原演化歷史，基于此進一步重建了北太平洋中層水演化歷史。研究發現，北太平洋中層水的形成在冰期較強，間冰期相對較弱。但從冰期到間冰期減弱的過程要晚于南大洋冰消期上升流的增強（即南大洋碳釋放）約1萬年。結合模擬結果，研究人員發現，該滯后的現象主要響應于南北半球間熱量的傳輸時間差異，其導致的經向溫度梯度變化控制著北太平洋凈降水量的變化，進而影響該區域水團的下沉以及中層水的形成。間冰期減弱的北太平洋中層水使得底層水與上部水體分層性減弱，從而有利于上升流的形成和深部碳的釋放，這可能對維持間冰期大氣CO2的高位水平做出了一定貢獻。 

軌道尺度北太平洋中層水演化與海-氣相互作用的模擬結果 

　　上述研究得到了國家自然科學基金、中國科學院戰略性先導科技專項、青島海洋科學與技術國家試點實驗室開放基金以及瑞典FORMAS研究委員會基金的資助。趙德博副研究員為文章第一作者及通訊作者，瑞典隆德大學（Lund University）陸正遙（Zhengyao Lu）研究員為共同通訊作者。相關成果及鏈接如下： 

　　Zhao, D., Wan, S., Lu, Z., Zhai, L., Feng, X., Shi, X., & Li, A. (2021). Delayed collapse of the North Pacific Intermediate Water after the glacial termination. Geophysical Research Letters, 48, e2021GL092911. https://doi.org/10.1029/2021GL092911