千萬IP創(chuàng)科普 科技人才話強(qiáng)國丨海洋科普：西太平洋暖池如何調(diào)控全球氣候

海洋作為地球氣候系統(tǒng)中最大的熱儲(chǔ)庫，在調(diào)節(jié)全球氣候中扮演著至關(guān)重要的角色。理解海洋熱含量變化的機(jī)制及其對(duì)全球氣候系統(tǒng)的影響，需要依靠長期記錄地質(zhì)情況來補(bǔ)充儀器觀測數(shù)據(jù)的不足。2022年10月19日，《自然》雜志在線發(fā)表了同濟(jì)大學(xué)海洋地質(zhì)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室翦知湣教授團(tuán)隊(duì)的一項(xiàng)重要科研成果。這項(xiàng)成果是該團(tuán)隊(duì)多年研究西太平洋暖池次表層海水古海洋學(xué)的結(jié)晶，他們發(fā)現(xiàn)了：暖池區(qū)的海洋熱含量可以調(diào)控亞洲大陸與太平洋之間的水汽傳輸。這項(xiàng)研究不僅為全球季風(fēng)的水循環(huán)和亞洲石筍的水汽動(dòng)力學(xué)提供了新的解釋，還開辟了古海洋學(xué)的新領(lǐng)域。

暖池區(qū)（一片溫暖的海洋區(qū)域）就像是一個(gè)巨大的熱水袋，它可以影響周圍的氣候。當(dāng)其變熱時(shí)，會(huì)促使更多的水蒸汽飄向亞洲大陸，導(dǎo)致那里下雨；相反，當(dāng)其冷卻時(shí)，亞洲大陸的降雨就會(huì)減少。這項(xiàng)研究就像是一把鑰匙，打開了了解這個(gè)過程背后秘密的大門，幫助我們更好地理解氣候變化是如何發(fā)生的。這項(xiàng)研究不僅為理解全球季風(fēng)的水循環(huán)提供了新的視角，還開辟了古海洋學(xué)的新領(lǐng)域，對(duì)于理解氣候演變具有重要意義。

研究采用浮游有孔蟲殼體的地球化學(xué)分析方法，重建了過去36萬年以來西太平洋暖池上層（0-200米）的海洋熱含量變化。浮游有孔蟲是一種廣泛分布于海洋中的微小生物，它們的殼體中含有反映當(dāng)時(shí)海水溫度的信息。通過對(duì)這些殼體進(jìn)行地球化學(xué)分析，可以間接推斷出歷史上海洋溫度的變化情況。這項(xiàng)研究非常有趣，科學(xué)家們從深海里取出了十個(gè)像時(shí)間膠囊一樣的巖芯，里面藏著許多微小的海洋貝殼化石。科學(xué)家們測量了這些貝殼里的化學(xué)成分比例，就像是通過貝殼的“身份證”來了解古代海洋的溫度。他們發(fā)現(xiàn)，從過去36萬年前開始，暖池區(qū)域上層的海水溫度有著規(guī)律的變化，主要是每2萬年一次的周期，有時(shí)也伴隨每4萬年一次的小波動(dòng)。這些變化是因?yàn)樘柟獾慕嵌茸兓绊懥说途暥鹊貐^(qū)的熱量分布，進(jìn)而改變了海洋的深層水流循環(huán)。

更令人驚奇的是，研究還發(fā)現(xiàn)，暖池區(qū)域的海水熱量在這36萬年里出現(xiàn)了3次特別高的時(shí)期，大約每隔10萬年出現(xiàn)一次。每當(dāng)這時(shí)，太陽的照射和地球軌道的變化一起作用，讓暖池變得更熱，同時(shí)地球上的冰也融化了一些，增加了全球的海水熱量。是這項(xiàng)研究與一個(gè)叫作CESM的超級(jí)電腦模型模擬的結(jié)果非常相似，就像是一場真實(shí)的實(shí)驗(yàn)和虛擬的實(shí)驗(yàn)結(jié)果不謀而合。此外，科學(xué)家們還通過貝殼化石“知道”了古代暖池表層海水的氧同位素變化，這和來自中國洞穴的石筍記錄也很相似。石筍上的氧同位素變化能告訴我們古代雨水的信息。簡單來說，當(dāng)暖池變熱時(shí)，那里的海水蒸發(fā)得更多，使得海水中的氧同位素變得更重，而相鄰的陸地則因?yàn)榧撅L(fēng)帶來的雨水增加而變得更加濕潤，雨水中的氧同位素相對(duì)較輕。這就像是一個(gè)海洋“水塔”，暖池的熱變化能夠控制海水的蒸發(fā)和向陸地的輸送，加強(qiáng)了海洋和陸地之間的水汽和熱量的交換。當(dāng)暖池變熱時(shí)，它就像一個(gè)更強(qiáng)大的水泵，把更多的水汽推向陸地，讓季風(fēng)降雨增多。這就像是大自然的一個(gè)巧妙機(jī)制，讓海洋和陸地緊密相連，共同調(diào)節(jié)著地球的氣候。

研究成果得到了學(xué)術(shù)界和社會(huì)各界的廣泛關(guān)注。它不僅加深了人們對(duì)海洋熱含量變化及其對(duì)氣候系統(tǒng)影響的理解，也為未來的研究提供了新的視角和方向。

文: 祝葉華，清華大學(xué)環(huán)境科學(xué)博士

審稿專家：劉元坤，北京工業(yè)大學(xué)副教授