低氧水域在世界海洋中綿延數(shù)千英里。這些“最低含氧帶”(Oxygen Minimum Zones)中最大的位于北美和南美的太平洋海岸，以墨西哥海岸為中心。

(相關(guān)資料圖)

一直以來，氣候模型還無法預(yù)測最低含氧帶是否會因氣候變化而擴大或縮小，部分原因是最低含氧帶由兩個相反的過程產(chǎn)生:海洋環(huán)流提供的氧氣和海洋生物使用的氧氣。

日前，普林斯頓大學(xué)的生物地球化學(xué)海洋學(xué)家Laure Resplandy領(lǐng)導(dǎo)的研究團隊成功預(yù)測，到本世紀末，地球上最大的太平洋最低含氧帶的邊界將擴大200萬立方英里(約800萬立方公里)——既向海面延伸，也向海岸延伸。該研究發(fā)表于《美國地球物理學(xué)會進展》（AGU Advances）。

Resplandy說，這種現(xiàn)象有兩個重要原因。首先，隨著氧氣水平下降，重要經(jīng)濟物種如金槍魚和螃蟹等將無法覓食、游泳或繁殖，除非它們遷移到氧氣更多的海洋區(qū)域。這對海洋沿岸附近的生態(tài)系統(tǒng)以及依賴它們的行業(yè)（從漁業(yè)到旅游業(yè)）具有重大影響。其次，最低含氧帶是一種主要溫室氣體一氧化二氮的重要來源。

研究團隊的成功預(yù)測不僅是因為使用最新模型，耦合模式比較計劃6 (CMIP6)。最關(guān)鍵的是要理解最低含氧帶不是均勻的，而是“像洋蔥一樣”有不同的層，這些層對不斷上升的溫室氣體做出不同的反應(yīng)。

從根本上說，最低含氧帶是由外層和內(nèi)芯組成的。研究表明，最低含氧帶的核心將收縮，而其外層將膨脹。

在之前的工作中，最低含氧帶的變化是通過中間層來評估的，在膨脹的外層和收縮的核心之間，只發(fā)現(xiàn)了很小的變化——有時是正的，有時是負的。變化接近于零，不同的模型顯示出相互矛盾的趨勢。研究人員曾認為這是氣候模型的原因，但現(xiàn)在這個問題更加清晰，因為外層和核心的變化趨勢是不同的。

研究人員說:“我們開始采用更全面的方法，研究這些不同“洋蔥皮層”的演變，發(fā)現(xiàn)外層對生態(tài)系統(tǒng)最重要，核心對一氧化二氮的產(chǎn)生更重要?！?/p>

新的分層框架解決了多年以來的困惑。“15年來，我們一直在圍繞著同一個難題:隨著全球變暖，海洋正在失去氧氣，所以我們預(yù)計最低含氧帶會擴大，但我們的氣候模型顯示出不一致的趨勢，所以我們不知道對生態(tài)系統(tǒng)和一氧化二氮的影響會是什么?！盧esplandy說，“提出分層框架需要做大量工作，但我很高興我們終于弄清了未來最低含氧帶的預(yù)測”。

研究模型顯示，如果溫室氣體排放持續(xù)居高不下，到2100年，熱帶太平洋最低含氧帶將可能會向地表擴張5到50米(16到160英尺)。而隨著外層的擴張，最低含氧帶的核心(含氧量最低的地方)將會收縮。

圖源：CC0 Public Domain

這是一個小小的好處。最低含氧帶核心會產(chǎn)生一氧化二氮，所以收縮可能會限制這種溫室氣體釋放到大氣中的量。

巧合的是，今年早些時候，普林斯頓大學(xué)Danny Sigman實驗室的古海洋學(xué)家發(fā)現(xiàn)，在1500萬到5000萬年前的溫暖時期，海洋低氧帶導(dǎo)致了一氧化二氮的減少。他們利用已經(jīng)滅絕的微小生物來計算當(dāng)時的氧氣和氮氣水平。這個獨立于氣候模型的研究結(jié)果也支持了上述發(fā)現(xiàn)。

原文參看：https://phys.org/news/2023-01-pacific-ocean-oxygen-starved-omz.html

編譯：Sara

審核：Daisy

標簽： 一氧化二氮 溫室氣體 生態(tài)系統(tǒng)