【气候变化和海洋氧气：科学家发现，在过去的温暖时期，缺氧地区缩小了】
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报告或讨论核心数据的地点 ， 绘制了350 m 水深的现代溶解 O2 浓度 。 站点位置的构造驱动变化以符号大小显示 。 实心圆圈表示具有 FB-δ 15 N 数据的核心 ， 来自本研究和来自 Kast 等人 ， 空心圆圈表示具有文中讨论的有孔虫 δ 18 O 数据的核心 。 溶解的O 2浓度 。
在过去的 50 年里 ， 公海中的缺氧区有所增加 。 科学家们将这一发展归因于全球气温上升：在温暖的水中溶解的氧气较少 ， 热带海洋的层可能变得更加分层 。 但现在 ， 与普遍预期相反 ， 由马克斯普朗克化学研究所和普林斯顿大学的研究人员领导的一个国际科学家团队发现 ， 在过去的漫长温暖时期 ， 缺氧区会缩小 。 “我们没想到会有如此明显的效果 ， ”研究员亚历山德拉奥德塞特说 。 作为与普林斯顿大学丹尼尔·西格曼小组长期合作的一部分 ， 她在阿尔弗雷多·马丁内斯-加西亚一起领导了这项研究 。 了解这些变化很重要 ， 因为“当氧气变得稀缺时 ， 生活就会变得更加艰难 ， ”杜森伯里地质和地球物理科学教授西格曼说 。 例如 ， 在东太平洋和北印度洋的低氧地区 ， 只有特殊的微生物和新陈代谢缓慢的生物 ， 如水母 ， 才能生存 。
研究人员通过研究海洋沉积物档案发现了这一发现 。 钻芯可用于以类似于树木年轮的方式确定过去的环境条件 。 除其他外 ， 沉积层提供了有关过去海洋含氧量的信息 。 这是由于有孔虫等浮游生物 ， 它们曾经生活在海面 ， 其骨骼沉入海底 ， 成为沉积物的一部分 。 在它们的一生中 ， 这些浮游动物吸收了氮等化学元素 ， 而氮的同位素比率又取决于环境条件：在缺氧条件下 ， 会发生一个称为细菌反硝化的过程 ， 在这个过程中 ， 细菌将营养硝酸盐转化为分子氮 。 这些细菌更喜欢吸收氮的轻同位素而不是重同位素 ， 因此当细菌在海洋中活跃时 ， 比例会发生变化 。 科学家们可以通过测量这一点来确定早期缺氧区的范围 。
在过去的温暖时期 ， 热带太平洋充氧充足 。 科学家利用有孔虫的氮同位素表明 ， 在大约 16 和 5000 万年前的两个温暖阶段 ， 北太平洋东部热带水柱中的反硝化作用大大减少 。 “我们几十年来一直致力于开发允许这些发现的方法 ， ”西格曼说 。 “而且马上 ， 结果正在改变我们对气候与海洋氧气条件之间关系的看法 。 ”然而 ， 奥德塞特说 ， 目前尚不清楚这对目前缺氧开放海域的扩张意味着什么 。 “不幸的是 ， 我们还不知道我们对缩小海洋缺氧区的发现是否适用于未来几十年或仅适用于更长期 ， ”她说 。 “这是因为我们必须解决短期或长期流程是造成变化的原因 。 ”与普遍预期相反 ， 在过去漫长的温暖时期 ， 缺氧区缩小了 。
变暖导致缺氧区减少的一个主要可能性是热带地表水上升流推动的生物生产力下降 。 由于气候变暖 ， 赤道太平洋的风减弱 ， 生产力可能会下降 。 在目前的研究中 ， 作者还发现 ， 在新生代的两个暖期 ， 大约 1600 万年前的中新世中期气候最适期和大约 5000 万年前的始新世早期气候最适期 ， 高纬度和低纬度之间的温差比现在小很多 。 全球变暖和高低纬温差减弱都应该有助于减弱热带风 ， 减少富含营养的深层海水的上涌 。 反过来 ， 这将导致地表生物生产力降低 ， 死藻有机物沉入深海的次数减少 ， 从而为产生缺氧条件的氧气消耗提供更少的燃料 。
这一系列事件可以相对较快地发生 。 因此 ， 如果类似的变化也适用于人类驱动的全球变暖 ， 那么未来几十年公海缺氧的程度可能会下降 。 或者 ， 原因可能在于数千公里外的南大洋 。 在过去漫长的温暖时期 ， 南大洋表层水与深海之间的交换水 ， 可能加速 ， 导致整个海洋内部含氧量增加 ， 从而使低氧区缩小 。 如果说南大洋更强烈的深海倾覆是热带缺氧区缩小的主要原因 ， 那么这种影响最早需要一百多年才能发挥作用 。 “这两种机制可能都发挥了作用 ， ”研究员马丁内斯-加西亚说 。 “现在比赛开始了 ， 以确定哪种机制最重要 。 ”
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