对深海上升流的新见解，海底峡谷的作用
海底峡谷通常位于大陆坡边缘，具有重要的地质意义，可影响海洋学过程，包括水团运动和营养物质的垂直输送。这些由侵蚀力和沉积物输送形成的峡谷，往往是深海水与地表水相互作用的通道。海底峡谷内最值得注意的过程之一是斜压上升流，深水团向水面上升，使上层海洋富含营养物质。这种上升流在全球翻转环流中起着至关重要的作用，而翻转环流调节着热量、碳和营养物质在海洋中的运动。
最近的研究对倾斜海底峡谷内斜压上升流的机制提供了新的见解，强调了小规模湍流混合和跨等密度线流体绝热交换的作用。
斜压上升流的物理机制
斜密度上升流是指深水穿过等密度面（密度相等的表面）向上流动。在海底峡谷中，这一过程受到峡谷倾斜地形和小规模湍流混合的严重影响。这些峡谷狭窄陡峭的壁面创造了增强水垂直运动的条件，即使风或潮汐等外力没有直接推动这种运动。
海底峡谷内斜压上升流的最重要因素是小规模湍流混合。这种湍流通常是由峡谷陡壁附近的流体不稳定性引起的。当水沿着这些倾斜的边界流动时，快速流动的表面流和较慢流动的深水之间的剪切力会产生湍流，导致水团混合。这种混合过程打破了水柱的分层，导致密度较大的深水上升，较轻的表层水下沉。边界层的存在使流体流动因与海底接触而中断，这进一步加剧了混合，并促进了深海和地表水之间的性质交换 。
海底峡谷的几何形状是促进上升流的另一个关键因素。峡谷狭窄陡峭的壁形成了一个密闭空间，迫使水在穿过峡谷时加速。这种变窄效应提高了水流的速度，进而加剧了湍流混合并增加了上升流的可能性。当峡谷的坡度足够陡峭以放大海底和上覆水团之间的相互作用时，上升流过程尤为明显，进一步推动深层水垂直输送到地表。
事实上，峡谷坡度的陡峭程度往往与观测到的上升流强度相关,坡度较陡的峡谷更容易产生显著的湍流和上升流。
绝热交换
等密度线上升流的另一个重要方面是近边界流体与内部水团的绝热交换。在绝热过程中，交换发生时没有热量或质量的净转移，这意味着系统内的整体能量平衡保持不变。在海底峡谷的情况下，随着深水向上移动，它们会与等密度线上的较浅水混合。这种绝热交换有助于维持海洋热盐结构的稳定性，同时促进富含营养的深水向上移动。
绝热过程在海底尤其突出，边界层和内部水之间的压力和温度差异导致了这些交换。结果导致水团的垂直重新分布，从而导致营养循环，通过增加表面生产力影响海洋生态系统
新的研究发现
加利福尼亚大学圣地亚哥分校斯克里普斯海洋研究所引导的一项新的研究，深入探讨了斜密度上升流这一令人着迷的现象，即深海水通过小规模湍流混合向上输送穿过密度层（等密度线）。
该研究的重点是大西洋中脊峡谷，这里的上升流以惊人的速度每天 250米的速度发生，比全球平均水平高出约10,000倍，这种速率与绝热交换（没有热传递的水团垂直运动）有关。结果支持了先前的观点，即海底峡谷等地形特征处的混合会导致显著的上升流。这种混合对于热量、碳和营养物质等示踪物在整个海洋中的分布至关重要。
发现表明，峡谷变窄对加强上升流速度具有重要作用，凸显了海底地形在塑造海洋流动和促进全球翻转环流方面的重要性。些发现与绝热交换的证据相结合，绝热交换通过实现近边界和内部流体的交换，进一步促进了上升流过程。该研究的见解对于理解调节海洋生态系统和全球气候模式的潜在机制至关重要。
对倾斜海底峡谷内斜压上升流的研究，为了解海洋地形、流体动力学和垂直水运动之间的复杂相互作用提供了宝贵的见解。这些峡谷陡峭狭窄的壁创造了放大湍流混合的条件，促进了深海水与表层的交换。绝热交换进一步增强了这种上升流，这使得水团的转移不会产生显著的热量或质量损失。
思考
虽然在陡峭狭窄的峡谷中观察到了明显的上升流，但不同峡谷几何形状的上升流速率的空间变化性如何？上升流动态如何随着季节和年际气候变化而变化？湍流和混合在营养物分布中起什么作用？
参考文献：Bethan L. Wynne-Cattanach, Nicole Couto, Henri F. Drake, Raffaele Ferrari, Arnaud Le Boyer, Herlé Mercier, Marie-José Messias, Xiaozhou Ruan, Carl P. Spingys, Hans van Haren, Gunnar Voet, Kurt Polzin, Alberto C. Naveira Garabato & Matthew H. ，Alford Observations of diapycnal upwelling within a sloping submarine canyon. Nature volume 630, pages884–890 (2024)，doi.s41586-024-07411-2
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