近日，集美大學極地與海洋研究院祁第教授研究團隊與國內外閤作者在Geophysical Research Letters發錶瞭題為“Rapid acidification of the Arctic Chukchi Sea waters driven by anthropogenic forcing and biological carbon recycling（人為強迫和生物碳循環驅動北極楚科奇海水體發生快速酸化）”的研究成果，揭示瞭楚科奇海全水柱酸化的年代際變化及其驅動機製，指齣短時間尺度的生物作用再循環未必利於海洋碳中和，反之還會造成嚴峻的次錶層海洋酸化。
研究背景
北冰洋由於溫度較低，具備很強的CO2吸收能力，也因此是全球海洋的重要碳匯區。然而海洋碳吸收往往是一把雙刃劍，在緩解氣候變化的同時，也會造成海洋酸化。觀測和模型均錶明，無冰北冰洋是最易受海洋酸化影響的區域，將是第一個遭遇文石碳酸鈣嚴重不飽和的大洋海盆（Qi et al., 2017）。楚科奇海作為北冰洋最重要的陸架邊緣海，貢獻瞭超過50%的北極海洋碳匯，同時為全球邊緣海碳匯貢獻超過8%。團隊在前期通過觀測和衛星遙感研究，已經發現北極快速化冰和富營養鹽的太平洋入流水增多將共同促進楚科奇錶層海洋的初級生産力，維持其顯著的碳吸收能力（Ouyang et al., 2020; Tu et al., 2021；圖1），然而，上層海洋的變化將如何影響次錶層海洋，以及楚科奇海對氣候變化的響應依舊懸而未決，這也是目前極地海洋碳循環的前沿問題。
圖 1. 2000s 至今楚科奇海碳循環的時空變化。
研究結果
針對上述科學問題，祁第教授團隊與閤作者依托CHINARE（中國北極科考）和國際海洋觀測數據庫（GLODAP等），匯集並修訂瞭2002-2019間長達18年的高分辨率時間序列觀測數據，對楚科奇海全水柱的各類水團開展瞭長時間尺度下海洋酸化的調查（圖2），通過數理統計和機製分析，1）係統闡明瞭楚科奇海不同水體的酸化速率（圖3）：季節性融冰水（ESMW、LSMW）>楚科奇夏季水（CSW）>太平洋鼕季水（PWW）>阿拉斯加沿岸水（ACW）；2）指齣融冰促進的海氣CO2交換和有機物的呼吸作用是導緻次錶層海洋酸化的重要推手，首次揭示瞭楚科奇海在富營養鹽的太平洋入流水作用下，錶層增強的生産力將提升次錶層有機物的呼吸和分解，從而引起海洋酸化，在長時間尺度上貢獻35%-52%的pH降低；3）預測楚科奇海在2036年將會齣現全水柱文石碳酸鈣不飽和現象。
圖 2. 2002-2019 年間楚科奇海的采樣站位圖。
圖 3. 楚科奇海各水團酸化速率。左側為文石飽和度，右側為 pH 。
綜上所述，海洋碳吸收，即碳中和，應通盤考慮可能對海洋造成的如海洋酸化等負麵效應，找到兩全其美的方法，例如碳的沉積埋藏和長時間尺度下的封存。依靠光閤作用的生物固碳很可能在快速的有機物再循環下重新將碳釋放迴水體，造成低的碳吸收效率並引發海洋酸化。
研究團隊
該研究由集美大學極地與海洋研究院聯閤自然資源部第三海洋研究所、中國科學院海洋大科學研究中心、中國極地研究中心、美國特拉華大學、美國NOAA、瑞典哥德堡大學。祁第教授為論文第一作者和通訊作者，共同作者包括集美大學吳瀛旭副教授、陳立奇教授、莊燕培教授，極地研究中心雷瑞波研究院，中科院海洋研究所畢海波研究員、美國特拉華大學的歐陽張弦博士和蔡衛君教授、美國NOAA的Richard Feely教授以及瑞典Leif Anderson教授等。該研究得到國傢重點研發計劃、國傢自然科學基金、中國南北極考察評估項目、中國科學院海洋大科學研究中心重點部署項目、國傢極地科學數據中心的支持。
論文來源：
Di Qi, Yingxu Wu, Liqi Chen, Wei-Jun Cai, Zhangxian Ouyang , Yixing Zhang, Leif G. Anderson, Richard A. Feely, Yanpei Zhuang, Hongmei Lin, Ruibo Lei, Haibo Bi (2022). Rapid acidification of the Arctic Chukchi Sea waters driven by anthropogenic forcing and biological carbon recycling. Geophysical Research Letters, 49, e2021GL097246. doi:10.1029/2021GL097246
論文鏈接：
https://agupubs.onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1029/2021GL097246
參考文獻：
Ouyang, Z., Qi, D., Chen, L., Takahashi, T., Zhong, W., DeGrandpre, M. D., . . . Cai, W.-J. (2020). Sea-ice loss amplifies summertime decadal CO2 increase in the western Arctic Ocean. Nature Climate Change. doi:10.1038/s41558-020-0784-2
Tu, Z., Le, C*., Bai, Y., Jiang, Z., Wu, Y., Ouyang, Z., . . . Qi, D*. (2021). Increase in CO2 Uptake Capacity in the Arctic Chukchi Sea During Summer Revealed by Satellite-Based Estimation. Geophysical Research Letters, 48(15), e2021GL093844. doi:10.1029/2021GL093844
Qi, D., Chen, L*., Chen, B., Gao, Z., Zhong, W., Feely, Richard A., Cai, W.-J*. (2017). Increase in acidifying water in the western Arctic Ocean. Nature Climate Change, 7(3), 195-199. doi:10.1038/nclimate3228
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信息來源：集美大學極地與海洋研究院
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