中国科考队南极冰间湖研究取得突破性进展 揭示全球气候调控新机制

问题:在全球变暖背景下,南大洋对气候系统的调节作用愈发受到关注。

作为连接大气、海冰与深海的关键区域,南极大陆边缘的冰间湖会在特定季节形成开阔水面,既可能成为海冰生产与底层水生成的“窗口”,也可能因深层暖水上涌与冰架融化而呈现复杂变化。

冰间湖究竟如何影响南极底层水的形成速率、二氧化碳向深海的输送强度,以及食物网结构的季节性波动,是国际极地科学界亟待回答的核心问题之一。

原因:冰间湖的形成机制与区域大气环流、海洋热盐结构密切相关。

研究显示,冰间湖大体可分为潜热型与感热型两类:潜热型多受来自大陆的强风作用,将新生成海冰不断吹离,促使表层海水在结冰过程中变冷增盐;感热型则与深层较暖海水上涌有关,暖水向上输送热量融化海冰,造成开阔水面持续存在。

两类过程共同塑造了冰间湖的“动力—热力”环境,使其成为观测海冰生产、海水垂向混合和物质交换的天然试验场。

与此同时,极昼来临后充足光照叠加上涌带来的营养盐,为微藻快速繁殖提供条件,冰间湖随之可能演变为高生产力“绿洲”,将物理过程与生态过程紧密耦合。

影响:其一,冰间湖对深海水团形成具有放大效应。

冬季表层形成的低温高盐海水下沉,参与生成南极底层水。

底层水如同全球海洋环流中的重要“支架”,影响热量、盐度与碳等物质在大洋中的再分配,从而在更大尺度上牵动气候系统与海洋生态。

其二,冰间湖在碳循环中扮演关键角色。

海洋通过“生物泵”与“溶解泵”等机制吸收并储存大气中的二氧化碳,而冰间湖在光照与营养条件改善时可显著提升初级生产力,形成更多有机颗粒下沉至深海,表现为较强的碳输出能力。

其三,冰间湖是南极生态链的重要“补给站”。

微藻的季节性爆发为磷虾提供基础饵料,进而吸引鱼类、企鹅与鲸类等上位捕食者聚集,构成极地近海生物多样性与资源分布的关键节点。

其四,从风险角度看,若深层暖水更频繁、更强烈地侵入陆架区,可能加速冰架底融,改变水团结构与生态栖息条件,影响将呈长期化、系统化特征。

对策:面对“变化快、尺度大、可达性差”的极地环境,长期、连续、立体化观测是破解难题的基础。

中国第42次南极考察队“雪龙”号在阿蒙森海冰间湖海域组织多学科协同作业,在波涛、浮冰与低能见度条件下开展海洋化学、海洋生物等观测,重点围绕底层水生成、生态过程记录与碳汇机制评估获取证据链。

此次作业中,考察队回收了长达2900米的锚碇式潜标观测系统。

与中低纬度常见的海面浮标不同,潜标整套系统长期浸没于水下,可有效避开冰山与流冰对设备的冲击,实现对不同水层温度、盐度、流速等的连续监测,并能采集沉降颗粒物等样品,形成对深海过程的“年度体检”。

据介绍,该潜标集成了自主研发的生物声学与光学探测模块,使科学家得以在数据层面追踪过去一年冰海中的生物活动与环境变化。

与此同时,考察队依托多年在南大洋持续布放沉积物捕获器的工作基础,进一步完善冰间湖碳汇研究的观测序列,从颗粒物通量、藻类贡献、输出强度等环节入手,提升对“海洋碳泵”运行机制的刻画能力,为构建更完整的近海碳循环图景提供支撑。

前景:随着全球气候系统进入更强不确定性阶段,极地变化对海平面、海洋环流与区域生态的连锁影响将更受关注。

面向未来,冰间湖研究将从“发现现象”迈向“定量评估”,从单次航次观测走向跨季节、跨尺度的综合监测:一是加强秋冬季关键时段的观测,捕捉对流与底层水生成的短时强事件;二是推动物理—生地化—生态一体化观测与模型耦合,提高对碳汇强度及其年际变化的预测能力;三是与国际观测网络互补对接,提升南大洋碳汇能力评估的准确性,为全球气候治理提供更坚实的科学依据。

可以预期,随着长期序列数据累积与国产观测装备迭代升级,中国在南大洋关键过程研究与气候服务能力方面将持续形成新的增长点。

南极冰间湖的科学考察,是人类认识地球气候系统的一次深度探索。

从捕捉对流信号到打捞潜标,从沉积物采集到碳循环分析,中国科学家正在用精密的观测仪器和严谨的科学方法,逐步揭开这片冰海的秘密。

这些来自地球最寒冷地带的数据和发现,不仅丰富了我们对极地海洋的认识,更为全球气候变化研究和应对提供了坚实的科学基础。

在面对气候变化这一全球性挑战时,继续深化极地科学研究,加强国际科学合作,已成为当今世界的共同责任和紧迫任务。