北大西洋变暖与北太平洋热带缺氧有关，海洋多米诺骨牌效应

全球海洋缺氧是令人担忧的环境问题之一，随着气候变化导致大气温度上升，海水中溶解氧的减少日益严重，尤其是在被称为氧气最低区(OMZ)的区域。这些区域位于100至900米的深度之间，对海洋生物和海洋生态系统的健康至关重要。最近一项研究探讨了北大西洋温度变化对北热带太平洋缺氧的影响，研究证实了北大西洋气温升高与北太平洋热带缺氧增加之间的联系。

北大西洋对热带太平洋的影响

北大西洋是全球海洋环流的关键参与者，尤其是通过大西洋经向翻转环流(AMOC)。AMOC负责将暖水从热带地区移动到北大西洋，在那里冷却并下沉，从而推动深海洋流的循环。这些深海洋流在全球海洋系统的热量和营养物质重新分配中发挥着至关重要的作用。随着北大西洋因全球气候变化而变暖，AMOC的强度和特性也发生了变化，这对全球大气和洋流产生了连锁反应。

北大西洋和太平洋之间的一个关键联系是大气环流。在北半球，北大西洋的温度异常会影响急流，进而改变太平洋的风向和洋流。这一现象发生的机制仍是一个活跃的研究课题，但越来越多的人一致认为，这些大气变化是造成太平洋氧气水平变化的原因，尤其是在其热带和亚热带地区。

近几十年来，北大西洋的变暖现象更加明显，尤其是在大西洋多年代际振荡(AMO)的正相期间。研究表明，这些变化导致整个太平洋海面温度(SST)和环流模式发生变化，从而推动了太平洋赤道上升流系统的形成，这种上升流将营养丰富的水带到地表，对海洋生态系统至关重要。然而，随着太平洋水温升高和温跃层加深，上升流的速度下降，从而降低了营养物质的可用性并改变了该地区的氧气平衡。

北太平洋热带缺氧机制

评估海洋含氧量变化的最有效方法之一是检查反硝化率。反硝化是一种生物过程，细菌在低氧条件下将硝酸盐转化为氮气。该过程通常被用作脱氧的标志，因为它与海水中氧气的消耗直接相关。

最近的研究利用长期的脱氮记录重建了北太平洋热带地区过去氧气含量的变化。通过分析该地区的纹层沉积物岩心，科学家能够追踪氮同位素的变化，而氮同位素是过去氧气供应量的指标。这些研究的数据显示，近几十年来，太平洋的脱氧现象加剧，这与北大西洋变暖和气候变化引起的反馈回路加强相吻合。

海洋缺氧不是一个均匀的过程，它最严重地发生在海洋较深的层中，那里的水是分层的，这意味着深层含氧量较低的水与地表水隔离。这种分层的主要驱动因素是水密度的差异，较温暖的水域密度较低，因此位于较冷、密度较大的水域之上。随着北大西洋变暖和大气条件的变化，这些分层模式变得更加明显，减少了地表水和深层水之间的氧气交换。

在北太平洋热带地区，分层变化会减少深水区氧气的向上流动，导致氧气最低区（OMZ）扩大。垂直混合过程的减弱进一步加剧了这一现象，使得这些关键区域的氧气补充更加困难。氧气供应的减少会对海洋生物多样性造成严重后果，尤其是对依赖特定氧气阈值生存的物种。

新的研究发现

英国爱丁堡大学地球科学学院领导的一项研究，研究人员利用10份每年解析一次、长达200年的沉积物记录来追踪北太平洋热带地区过去的脱氧事件。这些记录是目前可用的最长的年度解析记录之一，提供了有关两个世纪以来脱氧和生产力的详细见解。

为了重建过去的氧气水平和脱氧事件，该研究分析了沉积物岩心的氮同位素(δ15N)，这些同位素可作为脱氮作用的标记，沉积物层中的高δ15N值与脱氧作用更强的时期有关。

研究发现，北大西洋温度模式是地下纬向环流的主要控制因素，因此最有可能是热带太平洋氧气变化的主要驱动因素。随着北半球高纬度地区和北大西洋目前温度的升高，该地区的脱氧将加剧。

研究表明，北大西洋涛动(NAO)和大西洋多年代际涛动(AMO)对太平洋缺氧的重大影响，AMO的正相（对应于北大西洋变暖）显著降低了热带太平洋的氧气浓度。

北大西洋温度上升与北太平洋热带氧气含量下降相对应。具体来说，在北大西洋变暖期间，脱氧量增加了约10-20%，这凸显了热带太平洋氧气含量对北大西洋变化的敏感性。这种影响通过大气环流变化传递，特别是通过影响上升流和氧气分布的信风变化传递。

研究预测，随着当前和未来的全球变暖趋势，尤其是北半球高纬度地区温度的持续上升，太平洋的缺氧现象将加剧。如果目前的气温趋势持续下去，模型预测表明到本世纪末缺氧现象将加剧高达 40%。

该研究强调了海洋环流模式在调节北大西洋温度与太平洋缺氧关系方面的关键作用。具体而言，北大西洋的暖期导致信风减弱，从而扰乱了赤道太平洋的上升流。这一过程限制了富氧水的垂直混合，从而促进了深海层的缺氧。据观察，上升流减弱导致热带太平洋地表水温上升2-3°C，进一步加剧了氧气耗尽。

研究人员认为，未来热带太平洋的缺氧可能比以前认为的更强烈地受到北大西洋变暖的影响。这一发现强调了需要结合相互关联的气候模型来更好地预测区域和全球缺氧模式，尤其是考虑到全球变暖轨迹。

思考

这些温度异常究竟通过哪些途径影响热带太平洋的氧气含量？主要是通过大气环流、洋流的变化，还是两者的结合？

垂直洋流和层结变化如何与北大西洋温度变化相互作用从而影响太平洋表面和深水中的氧气含量？

参考文献：Laetitia E. Pichevin, Massimo Bollasina, Alexandra J. Nederbragt & Raja S. Ganeshram ，North Atlantic temperature control on deoxygenation in the northern tropical Pacific.  Nature Communications volume 15, Article number: 7919 (2024)，doi.s41467-024-52197-6

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