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南大洋:非凡的生态财富和气候的关键作用

阅读时间: 14 分钟

平价 塞里德文·弗雷泽(Ceridwen Fraser); Christina Hulbe; 克雷格·史蒂文斯, 国家水和大气研究所 et 休·格里菲思(Huw Griffiths), 英国南极调查

在2018年,一张卡片引起了轰动。 以...的名义提出 “ Spilhaus投影”,它代表了南极的地球,以解释海洋盆地形成的连续体。 对于所有居住在南半球,主要由海洋为主的人来说,这种前景都是可以的。

世界海洋地图

尽管如此,南大洋也被称为 南极海洋,与众不同,并吸引了所有最高级人士。

储热和碳

首先,让我们看一下它吸收多余热量和二氧化碳的能力2。 使用化石燃料产生的多余热量中,全球海洋吸收的热量超过90%,二氧化碳排放量也占三分之一。2 由此产生的。

南部海洋,开阔的海洋和海冰

位于南纬30度以外的南部海洋将为全球吸收过量热量贡献近75%的碳,而对固存一氧化碳的贡献约为35%。2 大气过剩。 这使其成为地球上的主要蓄热器和碳汇。

除北极外,南极洋都通过南极绕极洋流与所有主要海盆相连(CCA),这是地球上最强大的洋流。 它的流量比世界上所有河流的流量大一百倍。 仅用几个小时就可以充满安大略湖!

CCA的特征是流量和速度由强风和几乎不间断的南极绕行来解释。

激流和巨浪

咆哮的四十年代,五十年代的咆哮和六十年代的吼叫表示强烈的西风几乎无情地席卷了南大洋,在那里形成了令人印象深刻的海浪,这使得研究这波涛汹涌的海洋表面变得困难。

船舶穿越南大洋

但是我们知道,在这个复杂的表面上发生的热量和碳转移在全球范围内都起着至关重要的作用。 因此,海洋学家设计了适用于这种恶劣环境的工具。

为了充分理解南部海洋,有必要在三个方面进行考虑。 具有不同特性的电流在此水平和垂直交叉穿过,形成漩涡。

相对温暖的亚热带洋流与南部的洋流混合在一起,而北大西洋的深冷水上升到地表,甚至更冷的极地水团向北移动,然后又重新进入该深度。

这种复杂的相互作用取决于风和海床的轮廓。

在北部,只有三个主要的狭窄区域:德雷克通道(850公里宽)和克格伦和坎贝尔海底高原。 再往南,南极绕极流与南极碰撞。

通过聚集在一起,海洋在行星气候系统中再次扮演着至关重要的角色 极地深水 南极的冰冻水域相对温暖-并逐渐变得温暖。

百万平方公里的海冰

南极周围海冰形成和融化的年度周期是地球的决定性现象之一,也是南大洋作用的另一个重要方面。 从这个角度来看,两个极地区域非常不同。

如果说北极代表着被陆地包围的小深海,只提供狭窄的通道,那么南极洲就是一个广阔的陆地区域,由一个以海洋为边界的大陆架形成,每年有15万平方公里的海冰形成,全神贯注。

南极洲周围的海冰

与已经发生的重大而明显的变化相反 在北极,南极海冰 发展不太明显。 尽管海洋变暖,但它逐渐向北延伸到2016年,然后进入突然下降的阶段。

如果我们观察到 南极海冰的年度周期,人们可以相信它会随着一年中温度的变化而扩展和后退。 但是,大多数海冰实际上来自 波利尼亚斯,这些“冰工厂”位于海岸附近,大陆上的强风和冰冻风在其中形成板块并立即散布。

这个过程使我们回到了全球海洋环流的问题。 当新的冰块形成时,冷冻海水中的盐分被抽出并汇入下部水域,而这种较冷,咸的海水继续流向海床,然后向北移动。

因此,Polynyas可媲美在全球交通网络中穿行的停车站,在近一千年的周期中,电流通过该交通网络流向两极的深度,然后上升到向北的水面。

在变暖的影响下

计算机模拟 可以解释过去几千年来南极洲周围冰架的波动。

知道冰盖的这些浮动延伸部分与海洋直接接触,它们会加重 冰川脆弱性 大陆到气候条件。 与冰架接触的海洋和各种水域的变暖很可能会改变冰架,从而改变整个冰盖。

南极洲的Riiser Larsen冰架

但是,冰架不会以相同的方式对变暖做出反应。 一些海蚀洞以低温为特征,并且演化缓慢。 在极地环境中,其他一些由于与深部极性水域的相互作用而被称为“温暖”。 但是,后者正在改变中。

我们可以研究与冰冻圈有关的许多现象 从太空,但是要想完全了解海洋在冰层下的行为,您必须潜入数百米深的地方。

要进行气候预测,您需要了解短期内在我们刚刚开始探索的部分中发生的复杂过程,例如潮汐周期。

在显微镜下风度翩翩的六十年代

这种令人印象深刻且混乱的环境需要依靠机器人机器来进行仔细研究。

自1980年代以来,卫星一直在扫描海洋表面,这项技术可以确定温度或海洋高度,甚至可以估算生物多样性……但仍无法了解深渊正在发生什么!

Le Argo程序于1990年代启动,通过建立一个漂移海洋探测器网络来测量高达两公里深的温度和盐度,彻底改变了地球科学领域。

海洋科学家部署海洋探测器

海洋学研究船Kaharoa拥有将这些探测器丢入南大洋的记录,尤其是在最近一次访问澳大利亚南部和印度洋的任务中使用,其航行条件非常困难,但同时也受到了 由于Covid-19大流行而受到限制.

Argo计划标志着海洋观察新时代的开始。 该计划中用于评估海洋变暖程度的水下探测器现在能够下降到地表以下六公里处。

昨天和明天的南洋

地球并不总是像今天这样,而且南洋并不总是存在。 过去,各大洲和海盆的构造确实有很大不同,而且气候所遵循的原则远非我们今天所知道的原则。

从人类进化的有限角度来看,南洋一直是气候系统的稳定组成部分,并且相对不受冰川波动的影响,尽管应该记住,冰川循环发生了数万年。

另一方面,我们这个时代强加给地球的气候转变是非常残酷的。 从地质学上讲,自工业革命开始以来已经过去了三个世纪左右,这并不意味着什么。

在南极弯曲冰架

短期(到2050年)和长期(到2300年)的发展都很难预测。 尽管对于物理现象将发生什么毫无疑问,但要预测它们何时会发生却更加困难。

为了更好地了解海洋,大气和冰川过程的模拟工具,才刚刚开始考虑到冰架和海洋涡流形成的空洞。 然而,最新的气候模型综合证明了在气候变化方面取得的进展。 模拟南大洋的运作方式。 另一方面,海冰仍然很难建模。

因此,当今世界各地的科学家都在使用更高效的计算机模型来处理收集到的数据,以便更好地了解这一如此独特的海洋的功能。

负温度下有哪些生命形式?

乍一看,南极洲看起来像一个荒凉的,几乎是无菌的环境,完全由冰和雪组成,并且最多点缀着海鸟和一些海豹。

然而,在水面之下,隐藏着一个充满生命和复杂生态系统的宇宙,在该生态系统中,单细胞藻类和微小的无脊椎动物在进化,而大型食肉动物,例如企鹅,海豹和鲸鱼,则在这里生存。

因此,南大洋拥有超过 9种海洋物种,不包括那些在现场进行的考察和实验室研究中没有被停止索引的索引。

船在海浪中作战

研究南大洋的生活提出了挑战。 波浪可以到达那里 超过20米 有时到处都是冰山和海冰。

那里的水温通常为负,因为如果淡水在0°C冻结, 海水必须降至-2°C才能固化。 尽管有可能在南大洋潜水,但大多数生物研究都是通过远程采样设备完成的。

因此,海洋学家使用机器人工具,例如 无人水下航行器 观察并取样 挖深处 收集他们居住的生物。 海洋哺乳动物的遗传样本是通过使用 活检 (类似于针头),可以从远处取回样品之前从样品中取出样品。

环境DNA脱氧核糖核酸)有助于提高我们对多样性的了解。 从水中获取的样品经过过滤,并使用遗传方法进行分析,这些方法通常可以识别出存在或消失的物种。

每次探险都导致发现 新艺术风格 如果他们不总是出现 具有商业利益是南方海洋生态系统的重要组成部分。 我们对该地区多样性的了解正在增长。

但是,这个空间,尤其是其庞大的空间,在很大程度上仍未开发,并且没有得到充分的记录。

极地巨人

在这里,主要生产者(即食物链基础上的生物)也包括单细胞藻类-例如 硅藻,其硅质外壳具有非常复杂的图案-仅 大型藻类像褐藻一样。

生长在南极海冰底面上的藻类

褐藻和其他大型藻类通常仅在刮削冰山未触及海床的地方生存。 硅藻种类繁多,其中一些在海冰下丰富。

冰藻是鱼类的重要食物来源。 磷虾,这些小的甲壳类动物构成了南大洋食物网中必不可少的环节。

南极磷虾

看起来令人惊讶的是,海水却如此寒冷的南大洋也是热液喷口的发源地。 这 在那里生活的物种其中有很高浓度的甲壳动物和棘皮动物,它们的能量来自从地壳中逸出的化学物质,而不是太阳辐射。

南极无脊椎动物代表 超过90% 在南大洋发现的物种中,有一半以上不在其他任何地方生活。

这些无脊椎动物通常比居住在北部较冷水域的无脊椎动物大得多。 这种现象称为 “极权主义” 影响许多其他物种,并导致巨大的蜘蛛蟹,巨大的海绵和前臂一样大的线虫。

科学家通常在南极Rothera站潜水时发现的无脊椎动物

没有人真正知道为什么南极无脊椎动物如此之大,尽管这可能是由于高氧水平,较慢的生长速度以及缺少某些捕食者(例如鲨鱼和腕龙类动物)引起的。

生活在海底的多彩生物

无限磷虾和防冻蛋白

在海洋食物链中,南极磷虾位于藻类等主要生产者与南极洲著名的顶级捕食者之间。

千头鲸从大量的磷虾(每立方米10到000个人)中获取了很多能量,企鹅和海豹粪便中的粉红色条纹表明企鹅也喜欢这些美味的甲壳类动物。

欺骗岛上的金斯企鹅

在南部海洋中大量发现鱼类和头足类动物(例如鱿鱼或章鱼),因此为深水潜水的海洋哺乳动物提供了寄养。 象海豹。 有些鱼类非常适应这些寒冷,富含氧气的水,以至于它们不再产生红血球,而是 抗冻蛋白 使它们能够在低于零温度的水中生存。

南极水域的小须鲸

保护海洋环境

南大洋上最可怕的掠食者无疑是 。 尽管它是一个偏远地区,但自200年前该大陆被“发现”以来,与南极洲接壤的海洋已被大量开发。

首先是海豹猎人,然后是鲸鱼捕捞者,使这些物种濒临灭绝。 被追捕以寻找石油的企鹅也没有逃脱。

一个废弃的捕鲸站

如今,主要是鱼类和磷虾资源(用于 饮食或食品补充剂)受到影响,导致某些人群急剧减少。

当更多的间接原因,例如海洋的变暖和酸化增加了捕鱼的后果时, 磷虾数量可能下降,导致顶级捕食者(例如鲸鱼)的数量减少。

该图显示了人们如何影响南部海洋的生态系统

只要这些水域不属于一个国家,在南大洋的捕鱼法规就构成许多问题。 为了更好地管理活动的影响,南极海洋生物资源保护委员会现在设定了限制捕捞的配额(南极海洋生物).

这个国际组织也正在努力创建新的海洋保护区。 如果没有这些收获调节措施,对食物链基本组成部分(例如磷虾)的利用可能导致生态系统崩溃。

不断变化的环境,受干扰的生态系统

每年有超过21名游客和研究人员前往南极洲,这有可能污染环境并引入疾病和入侵物种。 为了管理人类活动对这些生态系统的影响并促进政治谈判,《南极条约》于000年23月1961日生效。

它管辖着与第60平行南面南部进行的所有活动,并辅以与 环保事业.

尽管如此,在南大洋,全球气候变化和海洋酸化的影响是无可争议的。 它们导致海洋温度上升,海冰撤退,冰架坍塌。

南极沿海海洋

越来越多的研究表明,即使是如此遥远的南大洋也并未真正与世界其他地区隔离开来,因为 变暖现象中, 塑料污染 现在外来物种越过雄伟的水体到达南极水域 极地战线.

海豹和海藻在南部的海滩上

从现在开始,成群的外来漂流藻类穿越南大洋,到达南极海岸,有时会引入某些动物。 尽管他们目前似乎还无法幸免于非洲​​大陆的极端天气条件,但变暖可能会改变游戏规则。

南极洲新物种的到来和建立将不可避免地给该大陆非凡的动植物群带来巨大压力。

但是,这种情况还没有造成灾难性的后果。 几十年前的《南极条约》生效表明,各国可以共同努力解决非洲大陆面临的挑战。 例如,可以通过在南极洲建立海洋保护区来证明这一点(AMP).

这种国际合作水平不仅为南大洋的未来带来希望,也为人类面临的其他主要挑战带来希望。


达米安·阿洛(Damien Allo)从英语翻译而来 快进字谈话

塞里德文·弗雷泽(Ceridwen Fraser), 副教授; Christina Hulbe,测量学院(冰川学专业)教授兼系主任; 克雷格·史蒂文斯,海洋物理学副教授, 国家水和大气研究所 et 休·格里菲思(Huw Griffiths)海洋生物地理学家 英国南极调查

本文改编自 谈话 根据知识共享许可。 阅读原创文章.

©编辑精选图片: Song_about_summer,Adobe Stock

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