近期，国际知名地学期刊《Earth and Planetary Science Letters》以“Distinct carbon sequestration in the glacial Pacific despite vigorous deep ocean circulation”为题，发表了我室杜金龙博士与田军教授的研究成果，更新了冰期太平洋碳储库扩容的机制解释。
太平洋是最大的海洋碳储库，其储量超过全大洋的50%。地质证据表明，冰期太平洋碳库，尤其是太平洋深部储碳量增大，但其具体机制尚存争议。传统观点认为，冰期太平洋深部环流减缓，深部水团滞留时间增加，是太平洋深部储碳增多的主要驱动机制。但近年来Nd同位素证据挑战了这一“环流迟滞”假设，认为冰期太平洋深部水团的留存时间可能比间冰期更短。这一发现指向了一个“反常识”的关键问题：冰期太平洋能否在深部环流活跃的状态下实现碳储库的扩容？
图1 本研究模拟的太平洋溶解无机碳DIC浓度（填色）与盐度（等值线）。（a）间冰期实验（IG_ctl）中DIC浓度与盐度的绝对值。（b）北半球海洋冷却实验（IG_Gap）与IG_ctl的差值。（c）（d）分别为两半球高纬海洋冷却实验（IG_Gsap）和冰期实验（G_ctl）和IG_Gap之间的差值
针对“环流速率”与“碳库容量”的这一明显矛盾，该研究利用先进海洋碳循环数值模拟方法，设计并完成了两组关键的敏感性试验，结果表明（图1b）：北半球海表冷却，可能增强热盐环流的整体强度，导致冰期太平洋深部环流加强，活跃的环流会减少水团留存时间，促使二氧化碳从南大洋表层溢出，不利于深海碳储存；然而，如果南大洋海表同时变冷（图1c），则能够通过减弱太平洋内部跨密度混合、增强南大洋海表碳交换不平衡这两种机制，抵消直至反转环流强度的影响，从而导致特定环流模态下冰期太平洋深部环流加速但碳储量增加。这些模拟结果有效揭示了两半球共同作用下，受深部环流模态、海表温度、海冰等具体条件的强迫，冰期太平洋深部环流加速但储碳增加的内在机理（图2）。
图2. 太平洋与大西洋在冰期旋回中洋盆尺度储碳机制的对比。
近年来，在气候演变“低纬驱动”理论和“溶解有机碳”假说的指导下，我室“海洋碳循环与地球系统”研究团队深耕“海洋碳汇的地质演变”这一研究主线，进行了一系列创新的数值模拟研究。包括该项工作在内，团队依次考察了冰期洋盆尺度上的大西洋与太平洋储碳机理，探索了跨冰期旋回尺度上地质暖期深海碳同位素漂移的驱动规律，深入探讨了冰期旋回中太平洋碳库演化与热盐环流之间的相互作用，相关工作发表于EPSL（2篇）、GRL（1篇）、GPC（1篇）等国际高水平期刊，标志着我室古海洋碳循环的定量化、机制性数值模拟研究已初步迈入国际先进行列。
该研究论文的第一作者和通讯作者为我室杜金龙博士，田军教授为合作者。这项工作由国家重点研发计划，国家自然科学基金，海洋负碳排放国际大科学计划（ONCE）和“博新计划”共同资助。
全文链接：https://doi.org/10.1016/j.epsl.2025.119344