中更新世转折期北大西洋副极区深层海域的冰川性缺氧

为什么古代海洋对今天依然重要

在人类开始燃烧化石燃料很久以前，地球气候节律曾发生突变。大约一百万年前，地球从频繁、规模较小的冰期转向频率更低但持续约10万年的更大冰期。本文围绕一个看似简单但影响深远的问题：海洋发生了哪些变化促成了这一气候模式的转换？这些历史经验对未来海洋如何储碳和失去氧气有何启示？

冰期循环中的一场静悄悄的革命

在大约125万至70万年前的中更新世转折期，尽管地球接受太阳辐照的轨道周期大致保持不变，冰期的时序却发生了改变。与此同时，大气中二氧化碳浓度下降了约30 ppm，气候记录显示深海成为更重要的碳库。许多早期研究将这一变化的主因指向南极周围的南大洋：那里的海冰增厚、分层增强和风场变化似乎有助于将在深处富含碳且低氧的水团困住。

倾听大西洋海底泥的低语

这项新研究将目光投向全球传送带的另一端：现代深层水形成的地点——北大西洋副极区。作者们分析了冰岛南部加尔达尔漂积地的钻孔沉积，这里是新形成深水的重要下游通道。在这些泥层中他们测量了与氧含量相关的化学信号，如锰和不同形态的磷，并统计了仅在良好含氧条件下繁盛的底栖有孔虫等微小底栖生物的种类。多条相互独立的证据线共同帮助他们重建出不同时期到达深海底的含氧情况。

淡化的融水、迟缓的洋流和闷热的深海

岩心记录显示，在大约94万至87万年前及相邻的某些冰期期间，北大西洋副极区深层多次滑入“缺氧”状态——氧含量低到足以让许多海底生物承受压力。通常在富氧条件下累积的矿物减少了一半以上，偏好良好通气水体的物种几乎消失。这些低氧间隔与大量冰舌碎屑出现的时期相对应，当时冰山如舰队般向该地区输送了大量淡水。海面变淡降低了表层海水密度，削弱了冬季深混合作用，切断了新形成深水的补给，使得原本富含碳、缺氧的旧水团在深盆地中积聚。

北南两极在碳储存上的协同

将北大西洋记录与来自南大西洋及南极附近水域的类似化学线索进行对比后，呈现出一幅协同的图景。两极地区在中更新世转折期的关键冰期阶段都显示出更强的表层淡化、海冰扩展和深海含氧减少。在北部，今天向外输送富氧深水的翻转环流似乎减弱并变得更浅；在南部，致密的南极底水更广泛地扩散，填满洋底深处以低氧、富营养盐的水体。这种组合实际上扩大了全球深海中呼吸产生的碳被隔离于大气之外的储库，有助于维持较低的大气二氧化碳并支持向更大、更持久冰期的转变。

来自缺氧过去的教训

对非专业读者而言，核心信息很直接：当大型冰盖向北大西洋倾泻淡水时，它们会扰乱深层水的形成，使深海变得缺氧，并促使更多碳被锁入深渊。这个过程与围绕南极发生的类似变化共同作用，很可能在重塑地球冰期循环中发挥了重要作用。现代气候模型预测，持续变暖和冰盖融化可能再次削弱大西洋翻转环流并降低深海含氧。通过展示过去深层水对融水和环流变化的高度敏感性，这项研究强调了海洋作为碳库的功能及其向深海输送氧气的能力是气候系统中相互关联且脆弱的环节。

引用: Hernández-Almeida, I., Sierro, F.J., Filippelli, G.M. et al. Glacial dysoxia in the deep subpolar North Atlantic during the Mid-Pleistocene Transition. Nat Commun 17, 3748 (2026). https://doi.org/10.1038/s41467-026-71268-4

关键词: 中更新世转折期, 大西洋翻转环流, 海洋含氧量, 深层海洋碳存储, 冰盖融水