深海洋流复杂性，潮汐和季节循环如何推动深海洋流变化

深海洋流对于调节深海沉积物、营养物和污染物的分布至关重要。从历史上看，这些洋流被认为是相对稳定的，主要由大规模海洋环流模式驱动。然而，最近的研究，揭示了一个更为复杂的现实。这些洋流在潮汐和季节时间尺度上都表现出很大的变化，揭示了比以前想象的更加动态和复杂的行为。

深海洋流及其变化

深海洋流是发生在深海（通常深度低于200米）的水流。这些洋流在海洋过程中起着至关重要的作用，包括热量、营养物、沉积物和有机物的分布。传统上，人们认为深海洋流主要受温盐环流和风驱动的表面洋流等大规模因素的影响。

然而，越来越明显的是，这些洋流也表现出显著的时间和空间变化，特别是在较短的时间尺度上，例如潮汐和季节变化。这种新发现的变化挑战了传统的假设，并提出了有关海洋过程动力学的新问题。

随着更复杂的测量工具的发展，例如自主水下航行器、海底系泊传感器和多波束声纳系统技术等发现，使研究人员能够以比以往更高的时间分辨率和精度捕获深海洋流速度和方向的数据，极大地提高了我们对深海洋流的认识。

深海水流变化背后的机制

导致深海洋流变化的关键因素之一是潮汐力。人们早就知道，受月球和太阳引力驱动的潮汐会影响表面洋流。然而，人们对它们对深海洋流的影响了解甚少。潮汐力可引起海底洋流方向和速度的显著变化，导致洋流方向逆转，这些潮汐驱动的波动在海底地形复杂的地区尤其明显，因为这些地区的洋流受水下山脊和山谷的控制和引导。

在潮汐力特别强的地区，例如大陆架沿线或海山附近，这些潮汐流会影响沉积物输送和有机物的分布。由此导致的洋流方向变化会产生“混合”效应，重新悬浮沉积物并增强深海生态系统的养分供应。

除了潮汐效应外，季节变化也在深海洋流动态中发挥着重要作用。深海洋流的季节性变化主要由海面条件的变化所驱动，例如温度、盐度和风向。这些表面变化可以改变水柱的稳定性和分层，进而影响深海环流。

例如，在夏季，当表层水较暖且密度较低时，深海层可能会变得更加分层。这种分层会阻碍较深水团的混合，导致某些地区的洋流速度降低。相反，在冬季，表层冷却会导致分层减弱，表层和深层之间的水交换增加，从而导致洋流增强。

某些地区，深海洋流表现出明显的季节性周期，在一年中的特定时间洋流会更强。这些变化不仅受到表面条件的影响，还受到内部海洋过程的影响，例如上升流和下降流，这些过程受风模式的季节性变化驱动。

导致深海洋流变化的一个重要因素是海底地形。水下山脊、山谷和海山可以显著影响深海洋流的行为，通过引导、操纵或将洋流引向特定方向。在海底地形特别复杂的区域，洋流不仅会表现出显著的空间变化，还会表现出方向逆转和局部强化。

这种海底相互作用导致了通常所说的边界层动力学，即海底附近的流速与公海的流速有显著不同。地形的影响在陡坡地区尤为明显，在这些地区，水流通过狭窄的水道汇集，导致流速增加。

高度变化的深海洋流的影响

深海洋流变化的最重要影响之一是其对沉积物输送和生物地球化学循环的影响。深海洋流对于在海底输送沉积物、有机碳、营养物和污染物至关重要。洋流速度和方向的变化会影响这些物质的沉积、再悬浮和输送，对海洋碳循环和营养物分布具有深远影响。

在洋流较强的时期，沉积物和有机物可以重新悬浮，穿过海底，重新分布到不同的区域。这种混合过程可以增强底栖生物的营养物质可用性，并在碳封​​存中发挥关键作用。相反，在洋流较弱的时期，沉积物可能会更快沉降，导致局部堆积，并可能影响底栖生态系统的稳定性。

深海洋流的变化也会对海洋生态系统产生重大影响。洋流在海洋营养物、氧气和热量的分布中起着至关重要的作用。因此，洋流模式的变化会影响深海生物的丰富度和多样性。

较强的洋流可能通过重新悬浮颗粒物和促进上升流来提高营养物质的可用性。另一方面，较弱的洋流可能会降低营养物质的可用性，特别是在依赖垂直混合将营养物质从深海带到海面的地区。这可能会影响深海生态系统的生产力，因为深海生态系统高度依赖来自周围环境的营养物质流动。

洋流与海洋生物之间的相互作用不仅限于营养物运输。深海洋流还对海洋物种的迁徙模式产生影响，尤其是那些依赖深海栖息地觅食或繁殖的物种。洋流模式的变化可能会扰乱这些迁徙路线，从而对海洋生物的整体健康产生潜在影响。

新的研究发现

英国南安普敦国家海洋学中心等引导的一项研究，研究团队在4年的时间里在莫桑比克近海的混合系统中使用了34个仪器系泊设备。这些仪器持续监测电流，捕捉其变化和行为的数据。

这项研究最引人注目的观察结果之一是深海洋流速度和方向的空间变化。洋流在潮汐和季节周期中表现出方向逆转。这些逆转并不统一，而是在海底不同位置存在显著差异，受山脊、山谷和峡谷等局部地形的影响。观察到的变化挑战了先前的假设，即深海洋流在一段时间内基本保持稳定。

另一项重要发现是海底地形对洋流的引导和汇聚。复杂的水下地形，如山谷、山脊和海底峡谷，可以引导或引导洋流沿特定路径流动。这种现象导致能量和速度集中在某些区域，形成局部高流速区域，这可能会对沉积物输送、营养物混合甚至污染物扩散产生重大影响。

这项研究强调了潮汐力和季节性变化在驱动深海洋流方面发挥的重要作用。潮汐影响在水团与海底相互作用明显的地区尤为明显。在季节性时间尺度上，洋流也表现出显著的变化，这可能是由表面风模式、水温和密度分层的变化所致。

研究表明深海洋流具有高度动态性，并受到潮汐力、季节变化和海底地形等一系列因素的影响。

思考

不同海洋区域的深海洋流变化的主要和次要驱动因素是什么？这些驱动因素之间的相互作用如何影响在不同深度观测到的动态？

海底地形和区域海洋特征如何调节深海洋流的空间变异性？这对沉积物输送和营养循环有何长期影响？

气候驱动的海洋表面和深海条件变化如何影响潮汐和季节性洋流的行为？深海洋流和气候变化之间潜在的反馈机制是什么？

参考文献：Lewis P. Bailey, Michael A. Clare, James E. Hunt, Ian A. Kane, Elda Miramontes, Marco Fonnesu, Ricardo Argiolas, Giuseppe Malgesini & Regis Wallerand ，Highly variable deep-sea currents over tidal and seasonal timescales.   Nature Geoscience volume 17, pages787–794 (2024)，doi.s41561-024-01494-2

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