印度-太平洋熱帶寡營(yíng)養(yǎng)鹽區(qū)作為“珊瑚三角區(qū)”的分布中心，是全球珊瑚礁生物多樣性的頂峰。深刻理解熱帶寡營(yíng)養(yǎng)鹽區(qū)營(yíng)養(yǎng)鹽與海洋生產(chǎn)力的動(dòng)態(tài)變化及其調(diào)控機(jī)制，是揭示熱帶珊瑚礁生態(tài)系統(tǒng)演變規(guī)律的根本前提，對(duì)于維護(hù)其生態(tài)安全與資源可持續(xù)性具有核心指導(dǎo)意義。近日，中國科學(xué)院南海海洋研究所熱帶海洋環(huán)境與島礁生態(tài)全國重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室、邊緣海與大洋地質(zhì)實(shí)驗(yàn)室顏文研究員團(tuán)隊(duì)在太平洋熱帶寡營(yíng)養(yǎng)鹽區(qū)海洋生產(chǎn)力的環(huán)流驅(qū)動(dòng)機(jī)制研究方面取得系列新認(rèn)識(shí)。相關(guān)研究成果以“Enhanced North Pacific biological pump contributed to atmospheric carbon dioxide plateau during the B?lling-Aller?d period”為題，發(fā)表于國際知名期刊Communications Earth & Environment。副研究員朱小畏為論文第一作者，研究員黎剛和研究員顏文為共同通訊作者。

溫鹽環(huán)流作為全球海洋營(yíng)養(yǎng)鹽再分配的核心通道，其驅(qū)動(dòng)的深海營(yíng)養(yǎng)鹽上涌是維持表層海洋生產(chǎn)力的重要基礎(chǔ)，也是海洋碳循環(huán)中驅(qū)動(dòng)“生物泵”運(yùn)轉(zhuǎn)的重要一環(huán)。學(xué)界對(duì)其演化的研究，長(zhǎng)期聚焦于兩個(gè)核心環(huán)節(jié)：一是大西洋深層水的下沉及其所產(chǎn)生的碳匯效應(yīng)；另一方面是南大洋深層水的上涌及其所扮演的碳源作用。這兩個(gè)“閥門”被認(rèn)為是海洋溫鹽環(huán)流調(diào)控大氣CO?的濃度變化的核心機(jī)制。然而，太平洋作為地表系統(tǒng)最大的碳儲(chǔ)庫，其環(huán)流體系在全球碳循環(huán)中的核心機(jī)制與貢獻(xiàn)，學(xué)界仍缺乏統(tǒng)一認(rèn)識(shí)。

自2018年起，研究團(tuán)隊(duì)依托南海海洋研究所在南海南部采集的豐富沉積巖芯樣品，重點(diǎn)圍繞末次冰期以來熱帶太平洋海域的中深層環(huán)流體系的演變機(jī)制開展系列研究（Li et al.,2018;Zhang et al.,2025），旨在揭示太平洋中深層環(huán)流演化對(duì)熱帶低緯寡營(yíng)養(yǎng)鹽區(qū)海洋生產(chǎn)力的調(diào)控機(jī)制。本次研究聚焦于末次冰消期B?lling-Aller?d（B/A）暖期大氣CO?濃度上升停滯這一科學(xué)謎題（Zhu et al.,2025）：在該時(shí)期，南大洋通風(fēng)作用增強(qiáng)且生物泵效應(yīng)減弱，導(dǎo)致大氣CO?含量顯著上升，然而南極冰芯記錄卻顯示其濃度在此期間保持穩(wěn)定（圖1）。目前，無論是來自海洋表層CO?分壓的記錄重建，還是基于陸地碳匯的數(shù)值模擬，均未能查明平衡B/A暖期南大洋顯著碳源的關(guān)鍵機(jī)制。

現(xiàn)代觀測(cè)表明，在北太平洋熱帶-副熱帶寡營(yíng)養(yǎng)海區(qū)，海-氣CO?交換不僅受海溫調(diào)控的溶解泵作用支配，同時(shí)也受到營(yíng)養(yǎng)鹽調(diào)控的生物泵效應(yīng)的顯著影響，后者是影響該區(qū)域海洋碳匯的關(guān)鍵途徑。本研究基于南海南部?jī)蓚€(gè)沉積柱樣，對(duì)末次冰消期古生產(chǎn)力進(jìn)行了多指標(biāo)重建，綜合運(yùn)用長(zhǎng)鏈二醇指標(biāo)、菜籽甾醇與甲藻甾醇豐度、生源Ba含量以及底棲有孔蟲δ13C梯度等有機(jī)與無機(jī)地球化學(xué)指標(biāo)，進(jìn)行交叉驗(yàn)證。所有指標(biāo)均一致證實(shí)，南海南部在B/A暖期海洋生產(chǎn)力顯著上升（圖1）。進(jìn)一步系統(tǒng)整理泛北太平洋地區(qū)已發(fā)表的古生產(chǎn)力記錄發(fā)現(xiàn)，該時(shí)期生產(chǎn)力的增強(qiáng)普遍存在于整個(gè)北太平洋熱帶-副熱帶寡營(yíng)養(yǎng)海區(qū)。這一現(xiàn)象與B/A暖期北太平洋中層水（NPIW）減弱導(dǎo)致的深層營(yíng)養(yǎng)鹽上涌增強(qiáng)密切相關(guān)。研究據(jù)此提出了B/A暖期平衡南大洋碳源的新猜想：太平洋中層水減弱-深部營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)上涌增多+上層水體熱層化加劇-促進(jìn)固氮作用協(xié)同驅(qū)動(dòng)北太平洋寡營(yíng)養(yǎng)區(qū)海洋生物泵及其碳匯增強(qiáng)（圖2）。本研究不僅揭示了廣闊的太平洋副熱帶-熱帶寡營(yíng)養(yǎng)鹽區(qū)海洋生產(chǎn)力變化背后的環(huán)流調(diào)控機(jī)制，還提出了一個(gè)關(guān)于太平洋環(huán)流調(diào)控大氣CO?變化的潛在新途徑，同時(shí)對(duì)太平洋珊瑚礁發(fā)育具有深遠(yuǎn)的營(yíng)養(yǎng)學(xué)意義。當(dāng)北太平洋中層水減弱時(shí)，深部營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)和CO₂上涌至透光層可為造礁珊瑚共生蟲黃藻光合作用提供充足原料，加速造礁珊瑚鈣化過程，進(jìn)而促進(jìn)珊瑚礁生產(chǎn)發(fā)育，成為重要的碳酸鹽巖碳匯。

本研究得到了科技部重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目、國家自然科學(xué)基金、廣東省自然科學(xué)基金和中國科學(xué)院南海海洋研究所自主部署項(xiàng)目資助的資助。?

相關(guān)論文信息：Xiaowei,Zhu,Shengyi Mao,Fen Chen,Gang Li* &Wen Yan* (2025). Enhanced North Pacific biological pump contributed to atmospheric carbon dioxide plateau during the B?lling-Aller?d period. Communications Earth & Environment,6,981.?

論文鏈接：https://www.nature.com/articles/s43247-025-02943-5#citeas

圖1 末次冰期以來南極冰芯CO₂ （a）和南大洋表層DpCO₂（b）與南海沉積柱氮同位素（c）和有機(jī)-無機(jī)指標(biāo)重建的生產(chǎn)力（d-g）對(duì)比

圖2 末次冰消期（a：暖期；b：冷期）南大洋和北太平洋熱帶-亞熱帶的物理-生物地化過程驅(qū)動(dòng)的表層-深層碳循環(huán)過程