古代海洋死区地图可以预测未来的位置和影响

研究人员绘制了一张存在于上新世时期的海洋“死区”地图，当时地球的气候比现在暖和两到三度。这项工作可以让我们一窥未来地球变暖海洋中低氧区的位置和潜在影响。

低氧区或 OMZ 是海洋中的区域，其中中层水域(海面以下 100 至 1000 米)的氧气含量太低，无法支持大多数海洋生物。这些死区对海洋的整体健康起着重要作用。

“OMZ 对于海洋中的地球化学循环非常重要，”北卡罗来纳州立大学海洋、地球和大气科学助理教授、该研究的通讯作者凯瑟琳戴维斯说。“它们发生在阳光和大气中的氧气无法到达的地区。它们的位置决定了海洋中碳和氮(地球上所有生命的必需营养素)的位置——因此它们是营养循环的重要驱动力。”

能够预测 OMZ 的位置不仅对于理解营养循环很重要，而且因为它们对海洋生物的影响也很重要。海洋死区将动物的活动范围限制在氧气更丰富的浅海表层海洋。

戴维斯和她的同事们想弄清楚气候变暖会如何影响未来的 OMZ。因此，他们将目光投向了上新世时期(5.3 到 260 万年前)，当时地球大气中的二氧化碳含量接近现在的水平。

“上新世是我们最后一次在全球范围内拥有稳定、温暖的气候，全球平均温度比现在高 2 到 3 摄氏度——科学家预测大约 100 年后可能会出现这种情况，”戴维斯说。

为了确定上新世 OMZ 的位置，研究人员使用了称为有孔虫的微小浮游生物化石。有孔虫是一种单细胞生物，大约有一大粒沙子那么大。它们形成坚硬的碳酸钙壳，可以留在海洋沉积物中。

特别是一种物种 ——Globorotaloides hexagonus—— 只在低氧区发现。通过梳理上新世沉积物数据库来定位该物种，该团队能够绘制上新世 OMZ 地图。他们将他们的地图叠加到上新世氧气水平的计算机模型上，发现两者是一致的。

OMZ 地图显示，在上新世期间，低氧水域在大西洋中更为普遍——尤其是在北大西洋。另一方面，北太平洋的低氧区域较少。

戴维斯说：“这是过去首次对最低含氧量区域进行全球空间重建。” “就较低的氧气水平而言，这与我们在大西洋已经看到的情况一致。温暖的水含有较少的氧气。这张来自上新世的死区地图可以让我们瞥见 100 年后大西洋在地球变暖的情况下会是什么样子。”

未来大西洋中氧气更少意味着什么?根据戴维斯的说法，它可能会对从海洋中的碳储存和养分循环到渔业和海洋物种的管理方式等方方面面产生重大影响。

“OMZ 充当海洋动物的‘地板’——它们被挤压到表面，”戴维斯说。“所以渔民可能会突然看到很多鱼，但这并不意味着实际上比正常情况多了——他们只是被迫进入一个更小的空间。渔业在管理种群时需要考虑 OMZ 的影响。

“我们还可能会看到这些地表水中可供生命使用的养分数量以及海洋吸收的二氧化碳储存位置的微妙但影响深远的变化。”

该研究出现在 Nature Communications 上，并得到了国家科学基金会的支持(授予 OCE-1851589)。戴维斯在耶鲁大学担任博士后研究员时开始了这项研究。博士后研究员 Elizabeth Sibert，地质学和地球物理学副教授 Pincelli Hull，前博士。学生 Peter Jacobs 和大气、海洋和地球科学副教授 Natalie Burls 也为这项工作做出了贡献。Sibert 和 Hull 在耶鲁大学，Burls 在乔治梅森大学，Jacobs 以前在乔治梅森大学，现在在 NASA。

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