史蒂夫林图尔, 作者提供
南极洲为世界上最大的瀑布奠定了基础。 该行动发生在海洋表面之下。 在这里，数万亿吨寒冷、致密、富含氧气的水从大陆架上倾泻而下，沉入深海。 这种南极“底水”随深洋流沿着海底向北扩散，然后在数千公里外缓慢上升。
通过这种方式，南极洲驱动了一个称为“翻转环流”的全球洋流网络，在全球范围内重新分配热量、碳和养分。 翻转对于保持地球气候稳定至关重要。 这也是氧气到达深海的主要途径。
但有迹象表明，这种循环正在放缓，而且比预期提前几十年发生。 这种放缓有可能破坏南极海岸和深海之间的联系，对地球气候、海平面和海洋生物产生深远影响。
我们的全球洞察力 新的研究，今天发表在《自然气候变化》杂志上，使用真实世界的观察来破译南极洲周围的深海在过去三十年中如何以及为什么发生变化。 我们的测量结果表明，翻转环流已减慢近三分之一 (30%)，深海氧气含量正在下降。 这发生的时间甚至早于 气候模型 预料到的。
我们发现南极冰的融化正在破坏南极底层水的形成。 融水使南极地表水更新鲜、密度更低，因此下沉的可能性更小。 这制止了翻转循环。
这就是瀑布：浓密的水从大陆架流入罗斯海的深海。 澳大利亚海冰建模联盟 (COSIMA) 和国家计算基础设施。
为什么这件事情？
随着底部水流减慢，深海的氧气供应减少。 收缩的富氧底层水层随后被含氧量较低的温暖水域所取代，进一步降低了氧气含量。
海洋动物，无论大小，都会对氧气的微小变化做出反应。 深海动物适应低氧环境，但仍需要呼吸。 缺氧可能会导致他们到其他地区寻求庇护或调整他们的行为。 模型表明我们是 锁定 为这些动物提供的“可行”环境收缩，预计下降高达 25%。
翻车速度放缓也可能 强化 全球暖化。 翻转的环流将二氧化碳和热量带到深海，在那里储存并隐藏在大气中。 随着海洋储存容量的减少，更多的二氧化碳和热量留在大气中。 这种反馈加速了全球变暖。
到达海底的南极底层水量减少也增加 海平面 因为取而代之的温水占据了更多的空间（热膨胀).
大陆架水的清新减少了浓水的流动，减缓了翻转环流的最深处，同时也减少了深层氧合作用。 凯西冈恩, 作者提供
令人担忧的变化迹象
对底层水进行观测具有挑战性。 南大洋地处偏远，是地球上最强风和最大海浪的发源地。 冬季底部水形成时，海冰也会限制进入。
这意味着对南大洋深处的观测很少。 尽管如此，从船舶航行中进行的重复全深度测量让我们得以一窥深海中正在发生的变化。 底层水层为 越来越暖，密度越来越小，越来越薄.
卫星数据显示南极冰盖 萎缩. 在快速融化区域下游进行的海洋测量显示，融化水是 降低盐度 （和密度）沿海水域。
根据卫星数据，过去几十年南极冰块流失表明，在 2002 年至 2020 年期间，南极洲每年平均流失约 150 亿公吨冰，向海洋添加融水并提高海平面（来源：NASA ).
这些迹象表明发生了令人担忧的变化，但仍然没有直接观察到深层翻转环流。
我们在做什么？
我们以一种新的方式结合了不同类型的观察，充分利用了它们各自的优势。
船舶收集的全深度测量数据提供了海洋密度的快照，但通常大约每十年重复一次。 另一方面，系泊仪器可以连续测量密度和速度，但只能在特定位置进行有限的时间测量。
我们开发了一种新方法，结合船舶数据、系泊记录和高分辨率数值模拟来计算南极底部水流的强度及其输送到深海的氧气量。
我们的研究集中在澳大利亚南部的一个深水盆地，该盆地从多个来源接收底水。 这些来源位于大量融水输入的下游，因此该区域可能会提供气候引起的深海变化的早期预警。
结果是惊人的。 三十多年来，从 1992 年到 2017 年，该地区的翻转环流减慢了近三分之一 (30%)，导致到达深处的氧气减少。 这种放缓是由于靠近南极洲的空气清新造成的。
我们发现这种清新降低了形成的南极底部水的密度和体积，以及它流动的速度。
如果不是短暂的气候事件导致 底部水层的部分和临时恢复. 由盐度增加驱动的恢复进一步说明了底部水的形成对南极大陆架盐度变化的敏感性。
令人担忧的是，这些观察表明变化 预计到 2050 年发生 已经在进行中。
南极倾覆减速导致深海海洋变暖，图片来源：Matthew England 和 Qian Li。
接下来是什么？
随着世界变暖，南极洲的冰层流失预计将继续，甚至加速。 我们是 几乎肯定会跨越1.5？ 2027 年全球变暖阈值.
更多的冰损失将意味着更多的清新，因此我们可以预期循环放缓，深度氧气损失将继续。
经济放缓的后果将不仅限于南极洲。 翻转环流遍及全球海洋，影响着气候变化和海平面上升的速度。 它还将对海洋生物造成破坏和破坏。
我们的研究为减少温室气体排放提供了另一个更加努力和更快地工作的理由。
作者简介
凯西冈恩， CSIRO; 马修英格兰, Scientia 教授兼 ARC 澳大利亚南极科学卓越中心 (ACEAS) 副主任， 悉尼新南威尔士大学及 史蒂夫林图尔, CSIRO 研究员, CSIRO
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