近日，Geophysical Research Letters在线发表了中国科学院海洋研究所万世明研究组在晚第四纪北太平洋中层水演化方面取得的最新研究成果。该研究通过对冲绳海槽北部沉积物氧化还原环境演变历史的重建，并结合气候模拟结果，发现了北太平洋中层水的演化或对间冰期大气二氧化碳含量变化有重要贡献。
海洋内部水团变化（如上升流、水体分层等）影响海洋深部的碳释放到大气中，而碳在搬运的过程中也可以被海洋生物利用。因此，碳输出与消耗之间的平衡深刻影响大气CO2含量的变化。在高纬度海区，尤其是南大洋和亚北极太平洋，强烈的水体垂直交换使海洋深部埋藏的碳被搬运到表层。该过程发生的速率高于浮游植物的固碳速率，因而大量的CO2被释放到大气中，而这些区域便成为大气CO2的重要源区。
南大洋的海洋过程在冰期-间冰期碳循环驱动机制中起到关键作用。冰消期南大洋上升流的剧烈脉冲式增强促进了该区域深部碳的释放，导致大气CO2含量快速升高，并在之后的间冰期维持了相当长时间的高位水平。对于这一维持过程，北太平洋同样作为重要的碳源，是否也起到一定作用？北太平洋中层水控制底层水和上部水体的分层性，进而影响深部碳的释放，其演化对北太平洋碳释放产生重要影响。
冲绳海槽水体氧化还原状态受到北太平洋中层水的强烈影响，是研究北太平洋中层水演化的理想区域。科研人员利用冲绳海槽沉积物氧化还原敏感元素恢复了过去40万年以来的水体氧化还原演化历史，基于此，重建了北太平洋中层水演化历史。研究表明，北太平洋中层水的形成在冰期较强，间冰期相对较弱。而从冰期到间冰期减弱的过程晚于南大洋冰消期上升流的增强（即南大洋碳释放）约1万年。结合模拟结果发现，该滞后的现象主要响应于南北半球间热量的传输时间差异，其导致的经向温度梯度变化控制着北太平洋净降水量的变化，进而影响该区域水团的下沉以及中层水的形成。间冰期减弱的北太平洋中层水使底层水与上部水体分层性减弱，有利于上升流的形成和深部碳的释放，这或对维持间冰期大气CO2的高位水平做出了一定贡献。
研究工作得到国家自然科学基金、中科院战略性先导科技专项、青岛海洋科学与技术国家试点实验室开放基金以及瑞典FORMAS研究委员会基金的资助。
全球年际海表-大气CO2通量以及北太平洋降水量和温度变化的关系
南大洋和北太平洋海-气过程对南北半球间热量传输的响应
轨道尺度北太平洋中层水演化与海-气相互作用的模拟结果
研究团队单位：海洋研究所