中层迁移泵如何促进南大洋夏季碳输出

海洋既是碳汇，也是向深海输出碳的来源。海洋最重要的碳封存过程是生物碳泵，通过海洋初级生产者将二氧化碳固定，然后然后通过生物过程输送到海洋的更深层。而中层迁移泵则是中层区域内的生物将表层下沉的碳向更深的水域迁移。最近，一项新的研究探讨了中层迁移泵的潜力，海洋碳封存提供了新的发现。

中层海洋迁徙泵

中层带是指深度在200至1,000米之间的海洋层，这里的光照水平太低，无法进行光合作用，温度也比地表水低。然而，这一区域拥有丰富的海洋生物，包括鱼类、浮游动物和其他进行昼夜垂直迁移 (DVM) 的生物。这些物种每天从夜间的水面迁移到白天的深水区，这是由多种因素驱动的，包括避免捕食和进食行为。

中层迁移泵通过这种每日的垂直迁移来运作，有效地将有机碳从表面运输到中层带及更远的地方。当这些生物以水面浮游生物为食时，它们向深海迁移时会携带体内的有机物、废物和粪便颗粒，这些物质会沉入深海，帮助将碳从大气中封存起来。

2019年华东师范大学河口海岸国家重点实验室引导的一项研究探讨了中层鱼类的洄游行为如何影响碳通量，研究发现鱼类的垂直迁徙增强了有机碳的向下流动，与单纯依赖有机物下沉的过程相比，提高了碳输出的效率，此外它们的粪便颗粒也加速了有机碳的沉降。

而2019年的另外一项研究探讨了中层生物泵的生态学，重点是控制颗粒有机碳通过中层区域的转移及其最终在深海封存的物理和生态过程，研究发现中层海洋带是有机碳垂直转移的关键中介，中层生物消耗来自表面的有机物，随后通过其迁移和粪便为碳通量做出贡献。在中层鱼类较少的地区，凝胶状浮游动物如水母等是碳封存的重要贡献者。

新的研究发现

一项新的研究聚焦于南大洋中层迁移泵在夏季的碳注入潜力，研究通过样与生物量估算计算不同类群的碳注入潜力，然后通过昼夜拖网数据，计算不同类群的迁徙比例及其对碳输出的贡献，使用声学数据推断生物的垂直迁徙深度等多上方法进行评估。

研究发现，在南大洋的三个站点（一个亚南极站点和两个极地站点），中层迁移泵驱动的碳输出范围在5.0到9.4mgCm⁻²d⁻¹之间，在亚南极站点中，中层鱼类Myctophidae科鱼类是主要的碳输出贡献者，贡献了54%的中层迁移泵碳输出。在极地站点中，Pyrosoma atlanticum和Salpa thompsoni浮游动物在极地站点对中层迁移泵驱动的贡献显著，分别贡献了23%和83%的碳输出，浮游动物在极地站点的碳输出贡献显著高于亚南极站点。

通过中层迁移泵与生物重力泵对比发现，在亚南极站点中层迁移泵的碳输出相当于生物重力泵的3-6%，在极地站点，中层迁移泵的碳输出相当于生物重力泵的35-37%，表明在极地地区，中层迁移泵对碳输出的贡献相对更为重要。此外，中层迁移泵的贡献可能随季节变化，特别是在浮游动物丰度和迁徙行为的变化下，中层迁移泵的碳输出可能会在秋季达到峰值。

研究表明，中层迁移泵在南大洋夏季的碳输出中具有重要贡献。在亚南极中层鱼类是主要的碳输出贡献者，而在极地浮游动物（特别是大型桡足类）是主要的碳输出贡献者。这项研究为理解南大洋碳输出机制提供了重要的实证数据，并为未来的模型参数化提供了参考。

思考

中层迁移泵如何与其他形式的碳输出相互作用？气候和海洋条件的变化等如何影响通过中层迁移泵输出碳的时间和幅度？

参考文献：Carbon injection potential of the mesopelagic-migrant pump in the Southern Ocean during summer. doi.org/10.3389/fmars.2025.1461723