2016年极端厄尔尼诺热浪削弱了赤道太平洋的碳向下输送和呼吸作用

为何遥远的海洋热浪与我们息息相关

远离海岸的2016年强烈厄尔尼诺将广阔的热带太平洋变成了一片水下热浪。研究表明，这一事件不仅仅是使海水变暖。它扰乱了微小漂浮植物将碳从表层输送到深海的方式——这一过程有助于将部分二氧化碳污染留在海洋中，避免返回大气。通过跟踪来自卫星、机器人浮标和计算机模型的细微信号，研究者揭示了这次极端增温如何大幅削弱海洋隐蔽的碳输送带。

让热量升高：热带太平洋的变化

厄尔尼诺是一种著名的气候格局，热带太平洋变得异常温暖，进而重塑全球天气。2015–2016年事件是本世纪最强的之一，使中部赤道太平洋部分海域的海面温度上升了约三摄氏度。在许多地区，这推高了温度到科学家用于定义海洋热浪的阈值之上。那里的暖水导致来自深处富营养的上涌减弱，而这些上涌通常会滋养称为浮游植物的显微植物群繁茂生长。没有这种营养补给，表层海水变得更清澈、生物更稀少。

追踪看不见的颗粒到深海

当浮游植物生长、死亡或被摄食时，它们的残骸会聚集成团并下沉，将碳从有光层带到更暗的深处。研究团队使用一个由卫星色彩影像驱动的海洋生态系统模型来估算从混合层输出的碳量，并将其与基于数千个Argo型剖面浮标测量的机器学习重建结合。一个数据集追踪了颗粒如何散射光，这是水中富碳微粒的良好替代指标。另一个则利用氧含量测量推断在沉降有机物被消耗时海洋生物的呼吸强度。

海洋碳输送带的急剧下降

2002到2020年的综合记录显示，处于冷相的拉尼娜年份通常伴随强烈的表层碳输出，而暖相的厄尔尼诺年份则对应较弱的输出。在2016年厄尔尼诺高峰期，赤道太平洋关键的Niño 3.4区域估算的碳输出约为长期平均值的一半。上层海域的颗粒信号也下降了，基于氧的估算显示100到200米深度间的呼吸也减少，这与下沉有机物减少、供给下层生命的物质不足相符。所有三项指标在该事件期间均降至最极端的低值，进一步强化了生物性碳向深层输送出现重大但短暂放缓的图景。

微小浮游生物的变化如何重塑碳输送

并非所有浮游植物对这一路径贡献相同。大型、快速生长且构建玻璃质外壳的硅藻通常形成沉降迅速的重颗粒，而像蓝藻这样的较小类群下沉缓慢、碳含量也较低。模型显示，在高产的拉尼娜年份，硅藻在被浮游动物啮食并转化为下沉碎屑的物质中占据较大比重。在厄尔尼诺时期，尤其是2016年，硅藻几乎从中部赤道太平洋消失，被生长更慢、体型更小的类群所取代。这种群落组成的转变有助于解释为何碳输出大幅下降以及为何中层海域的呼吸减少。研究还发现，厄尔尼诺条件与弱化输出之间的关联在中部和东部热带太平洋最为显著，而在其他海区呈现更复杂的模式。

这对地球碳平衡的意义

2016年厄尔尼诺与大气二氧化碳异常快速上升同时发生，这主要由陆地变化和海表气体交换的改变推动。本文显示，同时期赤道太平洋将碳从表层输送到深海的生物泵也出现了衰弱。这使得该区域在极端增温事件时更难发挥长期碳汇的作用，而随着气候变暖此类极端事件可能变得更频繁。简而言之，当热带太平洋变暖且其浮游生物群落从形成重而快速下沉颗粒的类型转向较轻慢沉降的类型时，输送到深层的碳减少，更多碳滞留在表层海洋并最终留在我们呼吸的大气中。

引用: Arteaga, L.A., Rousseaux, C.S., Cetinić, I. et al. Extreme 2016 El Niño heatwave weakened carbon export and respiration in the Equatorial Pacific. Commun Earth Environ 7, 404 (2026). https://doi.org/10.1038/s43247-026-03441-y

关键词: 厄尔尼诺, 海洋热浪, 赤道太平洋, 海洋碳输送, 浮游植物