南科大姚炜琪在Nature发文评述冰盖消融诱火山和海洋缺氧事件
作者： 发布日期：2022-11-14 浏览：
近日，南方科技大学海洋科学与工程系副教授姚炜琪在国际学术顶级期刊Nature发表题为“Glaciers-sparked volcanism harmed ocean health”的科学视点文章。针对末次冰消期科迪勒拉冰盖消融引发短暂火山活动以及持续数千年海洋死区的观点发表重要分析与评述，并对全球变暖情景下的海洋脱氧研究前景进行了展望。
科迪勒拉冰盖曾是北美大陆的主要冰盖之一，在过去260 万年的冰期期间覆盖了面积多达250万平方千米的北美西部大部分地区，其厚度约为两千米，类似于现在的格陵兰岛冰盖。巨大冰盖的形成会导致地球岩石圈沉入地幔，地表通常会在海平面以下。相反，当冰盖开始消退时，冰盖的重量被移除，岩石圈和软流圈上的负荷相应减弱，通过地球的均衡调整，岩石圈反弹回平衡水平。那些曾经被冰盖覆盖而现在已经融化的地区（如阿拉斯加湾周围）产生了冰消后岩石圈反弹隆起并伴随火山喷发的现象。火山活动的增强一方面给毗邻大洋输入了大量铁肥，从而导致生物生产力和有机质再矿化增加，大大消耗了海洋内部的溶解氧含量。另一方面，由此产生的大量火山灰降低了剩余冰场的反射率，使该地区吸收更多太阳辐射，进而加速冰川融化、火山活动和海洋脱氧。近日，美国科罗拉多大学、苏黎世联邦理工学院和德州农工大学科学家（Du等人）就此提出末次冰消期科迪勒拉冰盖消融引发的短暂火山活动可能是导致阿拉斯加湾持续数千年的海洋死区的主因（如下图所示）。
图1：科迪勒拉冰盖消融与区域性地壳均衡调整诱发的火山活动、生物地球化学过程、以及海洋缺氧之间的关系。
围绕短暂火山活动与海洋缺氧事件成因，同时结合课题组前期研究成果，姚炜琪副教授与共同作者多伦多大学Ulrich G. Wortmann教授分析了海洋氧含量的垂直分布情况。在海平面以下100-200米的真光层内，海水主要通过风生湍流、光合作用以及海气交换来维持较高的氧含量。在真光层之下，光合作用产生的有机物质下沉、分解，消耗海水中的溶解氧。由于几乎所有的有机物分解都会在到达深水之前完成，并且在十年-百年尺度上不与大气接触，氧气含量通常在200-1000米的中层水处达到最小值（即“最小含氧层”）。尽管当今海洋中的最小含氧层非常普遍，但很少观察到氧气完全丧失的情况。
毗邻环太平洋火山带的阿拉斯加湾正是检验冰盖消退、火山喷发、以及区域性海洋缺氧之间相互关系的代表性地点。本评述文章认为Du等人的观点是令人信服的，但其对全球的影响仍不清楚，未来研究需要在不同时间和地点寻找类似的相关性。更值得注意的是，如果短期的铁施肥真的会导致长期的海洋缺氧，作为推论，科学家们需要反思大规模地球工程（如海洋施肥进行碳封存）可能造成海洋缺氧等潜在副作用。一旦水域完全缺氧，将会产生海洋死区，影响生态健康与渔业发展。
由于全球变暖，地球目前正面临前所未有的挑战。仅在过去 50 年中，最小含氧层的总面积就增加了四倍，这一趋势预测将会持续恶化。海洋氧损失会影响世界上最广泛但探索最少的生态系统，对粮食安全造成未知后果，本评述文章还呼吁科学家们进一步关注气候暖化背景下生物地球化学反馈对海洋健康的影响。
该文章在Nature期刊News & Views专栏上发表，姚炜琪为论文第一作者和通讯作者，南科大是论文第一通讯单位。
