印度—太平洋熱帶寡營養鹽區作為珊瑚三角區的分布中心，是全球珊瑚礁生物多樣性的頂峰。深刻理解熱帶寡營養鹽區，營養鹽與海洋生產力的動態變化及其調控機制，是揭示熱帶珊瑚礁生態系統演變規律的前提。近日，中國科學院南海海洋研究所團隊，在太平洋熱帶寡營養鹽區海洋生產力的環流驅動機制研究取得進展。
溫鹽環流作為全球海洋營養鹽再分配的核心通道，其驅動的深海營養鹽上涌是維持表層海洋生產力的重要基礎，也是海洋碳循環中驅動生物泵運轉的重要一環。大西洋深層水的下沉及其所產生的碳匯效應，和南大洋深層水的上涌及其所扮演的碳源作用，這兩個“閥門”被認為是海洋溫鹽環流調控大氣CO2濃度變化的核心機制。然而，太平洋作為地表系統最大的碳儲庫，其環流體系在全球碳循環中的核心機制與貢獻，學界尚缺乏統一認識。
在末次冰消期B?lling—Aller?d（B/A）暖期時期，南大洋通風作用增強且生物泵效應減弱，導致大氣CO2含量明顯上升，而南極冰芯記錄顯示其濃度在此期間保持穩定。目前，來自海洋表層CO2分壓的記錄重建，和基于陸地碳匯的數值模擬，均未能查明平衡B/A暖期南大洋碳源的關鍵機制。
現代觀測表明，在北太平洋熱帶—副熱帶寡營養海區，海—氣CO2交換不僅受海溫調控的溶解泵作用支配，也受到營養鹽調控的生物泵效應的影響，后者是影響該區域海洋碳匯的關鍵途徑。研究團隊基于南海南部兩個沉積柱樣，對末次冰消期古生產力進行了多指標重建，并綜合運用長鏈二醇指標、菜籽甾醇與甲藻甾醇豐度、生源Ba含量，以及底棲有孔蟲δ13C梯度等有機與無機地球化學指標，進行了交叉驗證。所有指標均證實，南海南部在B/A暖期海洋生產力明顯上升。
團隊進一步整理泛北太平洋地區已發表的古生產力記錄發現，該時期生產力的增強普遍存在于整個北太平洋熱帶—副熱帶寡營養海區。這一現象與B/A暖期北太平洋中層水減弱導致的深層營養鹽上涌增強密切相關。研究據此提出了B/A暖期平衡南大洋碳源的新猜想：太平洋中層水減弱—深部營養物質上涌增多，和上層水體熱層化加劇—促進固氮作用，協同驅動北太平洋寡營養區海洋生物泵及其碳匯增強。
該研究揭示了太平洋副熱帶—熱帶寡營養鹽區海洋生產力變化背后的環流調控機制，提出了關于太平洋環流調控大氣CO2變化的潛在新途徑。同時，該研究對太平洋珊瑚礁發育具有營養學意義，當北太平洋中層水減弱時，深部營養物質和CO2上涌至透光層，可為造礁珊瑚共生蟲黃藻光合作用提供充足原料，加速造礁珊瑚鈣化過程，進而促進珊瑚礁生產發育，成為重要的碳酸鹽巖碳匯。
相關研究成果發表在《通訊-地球與環境》（Communications Earth?& Environment）上。研究工作得到國家自然科學基金委員會等的支持。?