集美大学迎来首篇Science

iNature

文石饱和度（Ω_arag）是评估海洋酸化及对海洋钙质生物影响的重要指标之一。海洋吸收CO₂引起海洋酸化，导致Ω_arag显著下降。
近几十年来，北冰洋经历了快速变暖和海冰损失，成为第一个经历广泛文石欠饱和的公海盆地（Ω_arag<1）。然而，其长期海洋酸化的趋势及其潜在机制仍不清楚。2022年9月29日，集美大学陈立奇与美国特拉华大学海洋系蔡卫君共同通讯（祁第为第一作者，集美大学为第一单位）在Science 杂志在线发表题为“Climate change drives rapid decadal acidification in the Arctic Ocean from 1994 to 2020”的研究论文，该研究发现北冰洋快速酸化，其速率比其他海洋盆地高出三到四倍，其原因可归结于十年时间尺度上海冰覆盖的变化。海冰融化使海水暴露在大气中，促进大气二氧化碳的快速吸收，降低其碱度和缓冲能力，从而导致pH值和Ω_arag急剧下降。该研究预测pH值将进一步下降，特别是在海冰退缩活跃的高纬度地区，而北极变暖可能会抵消未来Ω_arag的下降。最后，iNature编辑部发现，这是集美大学首次在Science 发表研究成果。

在全球海洋中，人为产生的二氧化碳(CO₂在海水pH值的基础上根据总氢离子浓度标度 [pHT] 和Cal- 2的饱和状态) 的增加导致碳酸钙矿物文石(W_arag)的产生，这一过程被称为海洋酸化。尽管在低、中纬度海洋盆地和南大洋中观测到由气候引起的大气和海洋环流变化驱动的海洋酸化的显著区域和年代际变化，但长期海洋酸化率通常遵循大气中CO₂浓度增加所预测的趋势。对于北冰洋，尽管数值模型预测酸化率较高，但基于观测的地表水pHT和W_arag变化的年代际率很低。

在过去三十年中，气候变暖导致北极大气-冰-海洋系统发生了显著变化。这些变化包括：

1. 海冰从20世纪90年代以前几乎完全被冰覆盖的状态迅速退缩到加拿大盆地南部的无冰状态和盆地北部的部分被冰覆盖状态；
2. 从20世纪90年代的气旋环流模式转变为异常的反气旋环流模式；
3. 过去20年博福特环流的自旋上升。淡水储量、太平洋夏季水流入、生物生产、分层、海气二氧化碳交换和碳汇和营养线深度也有所增加，表层营养物质和表层以下人为CO₂储量也有所减少。

此外，pHT和碳酸钙饱和度条件也因这些变化而发生了很大的改变。例如，加拿大盆地是第一个探测到表层文石不饱和(即W_arag < 1) 以及地下和中间水酸化的开放海洋盆地。因此，北冰洋被认为是全球气候变化和海洋酸化的风向标。

这项研究通过使用从1994年至2020年的47次北极研究巡航收集的数据得出的pHT和W_arag估算值，研究人员记录发现长期海洋高速率酸化的趋势和西北冰洋pHT和W_arag下降导致的的盆地尺度空间扩张。

图1. 北冰洋西部海洋酸化及其十年夏季趋势的观测（图源自Science ）

利用这个数据集，研究人员进一步研究了过去20年里海冰的消失和大气CO₂的增加是如何改变海洋表面碳酸盐化学的，最终提出了“冰融化驱动的人为CO₂酸化增强”机制来解释如此快速的区域海洋酸化。

图2. 海冰的损失和融化正在加剧北冰洋海盆的海洋表面酸化（图源自Science ）

总的来说，该研究发现这种海冰的消失正导致地表水吸收更多的大气二氧化碳，并推动北冰洋西部的快速酸化，其速率是其他海洋盆地的三到四倍，并归因于融化导致淡水的加入以及由此导致海水的化学变化。

原文链接：

https://www.science.org/doi/10.1126/science.abo0383

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