2023年11月14日，国际著名地学杂志《Geophysical Research Letters》发表了海洋地质国家重点实验室翦知湣教授团队的最新科研成果“Equatorial Pacific Sea-Air CO2 Exchange Modulated by Upper Ocean Circulation During the Last Deglaciation”（“末次冰消期上层海洋环流调控赤道太平洋海—气CO2交换”）。这篇文章是该团队近年来关于上层海洋温跃层环流演变研究的重要拓展。
该研究利用西太平洋暖池（MD10-3340站位）浮游有孔虫硼同位素，重建了过去3万年以来表层和上温跃层海水的CO2浓度，揭示了赤道太平洋海气界面CO2交换的纬向跷跷板现象，及其与温跃层环流动力的紧密联系：
末次冰消期—早全新世（16-7ka）期间，副热带—热带之间的海洋温跃层环流增强，导致位于温跃层中的赤道潜流加速；西侧暖池区海洋下沉运动增强、东侧冷舌区海洋上升流增强，同时赤道太平洋大气Walker环流增强，导致暖池区降雨增加（海表盐度降低）；局地海水的物理/化学性质的垂向分层性增大，CO2在海表和下温跃层出现亏损，而在上温跃层富集、并随赤道潜流向东太平洋海表传输，最终释放到大气中。
上述海—气耦合异常最终导致暖池区海表碳汇作用显著增强（吸收更多大气CO2），而冷舌区海表碳源作用增强（释放更多CO2到大气中）；整个赤道太平洋总的海气CO2交换通量表现为碳源，强度增大为现代水准的两倍。
这种上层海洋环流增强导致赤道太平洋碳释放的机制，不仅有助于揭示末次冰消期过程中的大气CO2浓度快速增长，也暗示了未来全球变暖背景下海洋环流加速，可能会导致赤道太平洋净碳源效应增强、加速大气CO2浓度上升。
图1 末次冰消期—早全新世的赤道太平洋海气CO2跷跷板现象，左栏示西太暖池表层海水重建结果，右栏示西太上温跃层及东太表层海水重建结果。
图2 （上图）现代赤道太平洋海气CO2交换通量（填色背景）、以及海洋环流分布格局（箭头），
（下图）上层海洋温跃层环流调控赤道太平洋海气CO2跷跷板的机制示意图（左侧为0 ka赤道太平洋上层海洋温度和盐度、海洋环流及海气CO2交换特征，右侧为10 ka减去21 ka的差值）。
论文第一作者和共同通讯作者为同济大学海洋地质国家重点实验室翦知湣教授，团队成员王跃为第三作者和共同通讯作者，国内外合作单位包括青岛崂山实验室、厦门大学和澳洲国立大学。该项研究得到国家自然科学基金项目（项目号：91958208，42188102）和上海市科委项目（项目号：21NL2600200）资助。
论文引用：Jian Zhimin*, Yu Jimin, Wang Yue*, Dang Haowen, Dai Minhan, Li Chen, Ji Xuan, Wang Xingxing, Chen Yue. (2023). Equatorial Pacific sea-air CO2 exchange modulated by upper ocean circulation during the last deglaciation. Geophysical Research Letters, 50, e2023GL105169. https://doi.org/10.1029/2023GL105169.
论文链接：https://agupubs.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1029/2023GL105169