利用有色溶解有机物荧光追踪来源于太平洋的水在加拿大东北极地区的分布

为什么北极海水的“颜色”很重要

远离海岸并隐藏在海冰之下，北冰洋在静默中调节着淡水与盐水的平衡，从而影响地球气候。这项研究表明，海水中溶解有机物的微弱天然荧光可以像无形的染料一样，揭示大量来自太平洋的相对淡水如何穿过加拿大北极群岛，进入巴芬湾并最终流入北大西洋。理解这些通道很重要，因为它们影响海洋生态系统、海冰，并且会改变重新分配全球热量的洋流强度。

穿越北极的淡水高速公路

位于阿拉斯加和加拿大北部的加拿大盆地具有分层的海洋结构：表层为冷且较淡的水，中层为源自太平洋的水体，深层为更咸的来自大西洋的水。太平洋水通过狭窄的白令海峡进入北极，然后沿两条主路线流动：一条横跨中央北极通向弗拉姆海峡的横极分支（Transpolar branch），另一条沿阿拉斯加方向贴着博福特海大陆坡的阿拉斯加分支（Alaskan branch）。部分太平洋水转向加拿大北极群岛，并通过由航道和海峡组成的迷宫式通道——包括南森（Nansen）和尤里卡（Eureka）海峡、纳雷斯海峡以及琼斯（Jones）和兰开斯特（Lancaster）海峡——流出北极，进入巴芬湾。在此过程中，它与河流径流、融化的海冰以及由西格陵兰暖流携带的受大西洋影响的水混合。

把天然荧光当作示踪剂

为了追踪这些移动的淡水，研究人员依赖一种称为有色溶解有机物荧光（FCDOM）的性质。这类物质主要由来自北极大陆架和河流输入的分解有机化合物构成，能够吸收光并重新发出可以用光学传感器测量的微弱荧光。加拿大盆地的太平洋冬季水已知在次表层有一个明显的FCDOM峰值，这一峰值在该水体与浅的楚科奇和白令北部大陆架富含有机质的沉积物相互作用时形成。通过将2024年夏季两艘加拿大破冰船上测得的温度、盐度和FCDOM数据与早期来自漂流冰缆剖面仪的数据进行比较，研究团队将该FCDOM峰值作为“指纹”来追踪从中央北极流向东加拿大北极的太平洋来源水。

北部路线沿途发生的变化

科学家考察了两条主要的北极通道。在西北路线（经由南森和尤里卡海峡并继续至琼斯海峡）上，太平洋的指纹最初很明显：在约50–180米深处存在一层较冷且相对较淡的水，并伴有清晰的FCDOM最大值。然而，当流体穿越浅阱和崎岖海底时，强烈的潮汐混合会搅动水体。这种垂直混合削弱并扩散了FCDOM峰值，尤其在卡迪根海峡（Cardigan Strait）和弗拉姆海峡（Fram Sound）等狭窄通道的下游更为明显。在琼斯海峡及其附近的北巴芬湾，涡旋以及受西格陵兰暖流影响的来水进一步模糊了最初的太平洋信号，使得仅凭温度和盐度难以辨识太平洋水。

东部通道与巴芬湾内的混合

沿东北路线，经纳雷斯海峡——从罗伯森水道（Robeson Channel）经过凯恩盆地（Kane Basin）和史密斯海峡（Smith Sound）——太平洋信号保持得更久。这里，次表层的FCDOM最大值在向南流动过程中得以保存，尽管逐渐变淡并且FCDOM值增加表明与由西格陵兰暖流输送来的水发生了更多接触。当水到达北巴芬湾时，上层仍携带可与太平洋外流相联系的较高FCDOM值，但深层则显示出随深度逐渐增加的FCDOM，这是在巴芬湾内长期环流并与来自大西洋的来流混合的典型特征。跨越兰开斯特海峡的测量结果显示，这些混合水部分再循环，将太平洋和大西洋的影响共同带回巴芬湾方向。

这对未来意味着什么

总体而言，这项研究证明了溶解有机物的天然荧光是追踪太平洋水穿过复杂北极通道并与大西洋及格陵兰影响水体混合过程的有力工具。即便传统指标如温度和盐度被混合过程模糊，FCDOM指纹常常仍可见，直到在粗糙海底上强烈混合或与西格陵兰暖流相互作用将其抹去。随着光学传感器在锚泊、浮标和船只上越来越普及，这种方法将使科学家能够在变暖的北极中监测不断变化的淡水通路，并更好地理解它们对海冰、海洋生物以及帮助调节地球气候的大尺度海洋环流的影响。

引用: Dmitrenko, I.A., Stedmon, C.A., Babb, D.G. et al. Using colored dissolved organic matter fluorescence to trace Pacific-derived water in the Eastern Canadian Arctic. Sci Rep 16, 7757 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-38848-2

关键词: 北冰洋环流, 太平洋淡水, 溶解有机物, 巴芬湾, 加拿大北极群岛