史蒂夫林圖爾, 作者提供
南極洲為世界上最大的瀑布奠定了基礎。 該行動發生在海洋表面之下。 在這裡，數万億噸寒冷、緻密、富含氧氣的水從大陸架上傾瀉而下，沉入深海。 這種南極“底水”隨深洋流沿著海底向北擴散，然後在數千公里外緩慢上升。
通過這種方式，南極洲驅動了一個稱為“翻轉環流”的全球洋流網絡，在全球範圍內重新分配熱量、碳和養分。 翻轉對於保持地球氣候穩定至關重要。 這也是氧氣到達深海的主要途徑。
但有跡象表明，這種循環正在放緩，而且比預期提前幾十年發生。 這種放緩有可能破壞南極海岸和深海之間的聯繫，對地球氣候、海平面和海洋生物產生深遠影響。
我們的 新的研究，今天發表在《自然氣候變化》雜誌上，使用真實世界的觀察來破譯南極洲周圍的深海在過去三十年中如何以及為什麼發生變化。 我們的測量結果表明，翻轉環流已減慢近三分之一 (30%)，深海氧氣含量正在下降。 這發生的時間甚至早於 氣候模型 預料到的。
我們發現南極冰的融化正在破壞南極底層水的形成。 融水使南極地表水更新鮮、密度更低，因此下沉的可能性更小。 這制止了翻轉循環。
現在那是瀑布：濃密的水從大陸架流入羅斯海的深海。 澳大利亞海冰建模聯盟 (COSIMA) 和國家計算基礎設施。
為什麼這件事情？
隨著底部水流減慢，深海的氧氣供應減少。 收縮的富氧底層水層隨後被含氧量較低的溫暖水域所取代，進一步降低了氧氣含量。
海洋動物，無論大小，都會對氧氣的微小變化做出反應。 深海動物適應低氧環境，但仍需要呼吸。 缺氧可能會導致他們到其他地區尋求庇護或調整他們的行為。 模型表明我們是 鎖定 為這些動物提供的“可行”環境收縮，預計下降高達 25%。
翻車速度放緩也可能 強化 全球暖化。 翻轉的環流將二氧化碳和熱量帶到深海，在那裡儲存並隱藏在大氣中。 隨著海洋儲存容量的減少，更多的二氧化碳和熱量留在大氣中。 這種反饋加速了全球變暖。
到達海底的南極底層水量減少也增加 海平面 因為取而代之的溫水佔據了更多的空間（熱膨脹).
大陸架水的清新減少了濃水的流動，減緩了翻轉環流的最深處，同時也減少了深層氧合作用。 凱西岡恩, 作者提供
令人擔憂的變化跡象
對底層水進行觀測具有挑戰性。 南大洋地處偏遠，是地球上最強風和最大海浪的發源地。 冬季底部水形成時，海冰也會限制進入。
這意味著對南大洋深處的觀測很少。 儘管如此，從船舶航行中進行的重複全深度測量讓我們得以一窺深海中正在發生的變化。 底層水層為 越來越暖，密度越來越小，越來越薄.
衛星數據顯示南極冰蓋 萎縮. 在快速融化區域下游進行的海洋測量顯示，融化水是 降低鹽度 （和密度）沿海水域。
根據衛星數據，過去幾十年南極冰塊流失表明，在 2002 年至 2020 年期間，南極洲每年平均流失約 150 億公噸冰，向海洋添加融水並提高海平面（來源：NASA ).
這些跡象表明發生了令人擔憂的變化，但仍然沒有直接觀察到深層翻轉環流。
我們做了什麼？
我們以一種新的方式結合了不同類型的觀察，充分利用了它們各自的優勢。
船舶收集的全深度測量數據提供了海洋密度的快照，但通常大約每十年重複一次。 另一方面，繫泊儀器可以連續測量密度和速度，但只能在特定位置進行有限的時間測量。
我們開發了一種新方法，結合船舶數據、繫泊記錄和高分辨率數值模擬來計算南極底部水流的強度及其輸送到深海的氧氣量。
我們的研究集中在澳大利亞南部的一個深水盆地，該盆地從多個來源接收底水。 這些來源位於大量融水輸入的下游，因此該區域可能會提供氣候引起的深海變化的早期預警。
結果是驚人的。 三十多年來，從 1992 年到 2017 年，該地區的翻轉環流減慢了近三分之一 (30%)，導致到達深處的氧氣減少。 這種放緩是由於靠近南極洲的空氣清新造成的。
我們發現這種清新降低了形成的南極底部水的密度和體積，以及它流動的速度。
如果不是短暫的氣候事件導致 底部水層的部分和臨時恢復. 由鹽度增加驅動的恢復進一步說明了底部水的形成對南極大陸架鹽度變化的敏感性。
令人擔憂的是，這些觀察表明變化 預計到 2050 年發生 已經在進行中。
南極傾覆減速導致深海海洋變暖，圖片來源：Matthew England 和 Qian Li。
接下來是什麼？
隨著世界變暖，南極洲的冰層流失預計將繼續，甚至加速。 我們是 幾乎肯定會跨越1.5？ 2027 年全球暖化閾值.
更多的冰損失將意味著更多的清新，因此我們可以預期循環放緩，深度氧氣損失將繼續。
經濟放緩的後果將不僅限於南極洲。 翻轉環流遍及全球海洋，影響著氣候變化和海平面上升的速度。 它還將對海洋生物造成破壞和破壞。
我們的研究為減少溫室氣體排放提供了另一個更加努力和更快地工作的理由。
關於作者
凱西岡恩， CSIRO; 馬修·英格蘭, Scientia 教授兼 ARC 澳大利亞南極科學卓越中心 (ACEAS) 副主任， 悉尼新南威爾士大學和 史蒂夫林圖爾, CSIRO 研究員, CSIRO
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