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    UVP6-LP助力南大西洋渦旋碳泵研究

    發(fā)布時間: 2025-07-30  點擊次數(shù): 43次

    近期,法國索邦大學科研團隊借助BGC-Argo浮標搭載的UVP6-LP系統(tǒng)(水下顆粒物和浮游動物圖像原位采集系統(tǒng)),系統(tǒng)揭示了南大西洋渦旋邊緣區(qū)域海洋雪的異常集中現(xiàn)象及其與中尺度渦旋動力學的耦合機制。


    研究背景

    海洋作為地球zui大的碳匯,其生物碳泵(Biological Carbon Pump,BCP)每年吸收約2.3 Pg有機碳,其中約90%通過海洋雪(>0.5 mm的有機聚集體)的自然沉降實現(xiàn)。傳統(tǒng)認知認為,海洋雪主要通過重力沉降緩慢下沉至深海。然而,近年研究發(fā)現(xiàn),中尺度渦旋及亞中尺度鋒面可通過增強垂直混合過程,形成“粒子注入泵"(Particle Injection Pump,PIP),顯著提升碳的深層封存潛力。

    南大西洋西南部的開普盆地因本格拉上升流、厄加勒斯洋流和南大西洋洋流的復雜相互作用,成為中尺度渦旋活動的熱點區(qū)域。本研究運用UVP6-LP成像技術(shù),旨在揭示海洋雪在渦旋邊緣區(qū)的動態(tài)行為及其與水動力條件的耦合關(guān)系。


    研究方法

    2021年4月至2022年9月,研究團隊在開普盆地(圖1)利用BGC-Argo浮標搭載UVP6-LP系統(tǒng)(法國HYDROPTIC公司開發(fā))(圖2),對0.1-16 mm的水下物體進行原位成像,并通過Ecotaxa平臺將這些物體進行分類,進而區(qū)分浮游生物與海洋雪顆粒。同時,儀器自帶的軟件測量了顆粒大小、形狀、亮度等特征,以對物體的形態(tài)進行分析,此外,還根據(jù)顆粒尺寸和類型估算了有機碳質(zhì)量。

    UVP6-LP助力南大西洋渦旋碳泵研究

    圖1 浮標在東南大西洋整個部署期間的浮動軌跡(2021年4月-2022年9月)

     UVP6-LP助力南大西洋渦旋碳泵研究

    圖2 法國HYDROPTIC公司水下顆粒物和浮游動物圖像原位采集系統(tǒng)UVP6-LP

     

    研究結(jié)果

    1.三次深層輸送事件

    在17個月觀測中,UVP6-LP于渦旋交界區(qū)識別出3次顯著事件(2021年10月、12月及2022年3月):

    中層顆粒激增:在150-600m深度,大型海洋雪(>0.5 mm)濃度達背景值2-7倍(圖3)。

    UVP6-LP助力南大西洋渦旋碳泵研究

    圖3 輸出特征區(qū)內(nèi)外MiP POC(微米級顆粒)與MaP POC(宏觀顆粒)的垂向分布對比

    形態(tài)垂向分層:表層以細長顆粒為主(可能為硅藻鏈),而中層以致密聚集體為主(300-600m層占比47%)(圖4d),表明高密度顆粒更易沉入深層。

    UVP6-LP助力南大西洋渦旋碳泵研究

    圖4 基于形態(tài)特征的PCA與K均值聚類結(jié)果;(d)三次事件中不同深度層形態(tài)組比例

    2.物理-生物協(xié)同作用(圖5)

    碳輸送過程分為三階段:

    (1)聚集階段:春季藻華為顆粒形成提供物質(zhì)基礎,渦旋邊緣的水體匯聚促進顆粒碰撞結(jié)合。

    (2)穿透混合層:致密聚集體依靠自身重量下沉,穿過約100m深的表層混合層。

    (3)物理增強輸送:渦旋交界處的強下沉流(亞中尺度過程)將顆粒加速輸送到600m以深,速度超過純重力沉降。

    關(guān)鍵證據(jù):中層顆粒高濃度區(qū)伴隨低表觀氧消耗(AOU)(相關(guān)性r=-0.59),表明水體近期接觸過表層,支持垂向快速輸送理論。

    UVP6-LP助力南大西洋渦旋碳泵研究

    圖5 渦旋邊緣碳輸送機制示意圖

     

    3. 與傳統(tǒng)機制的對比

    此前提出的“渦旋泵"僅影響50-100m厚水層,而本研究的鋒面驅(qū)動輸送貫穿整水柱,深度與強度顯著更高。

     

    研究結(jié)論

    本研究借助BGC-Argo浮標搭載的UVP6-LP系統(tǒng),揭示了南大西洋渦旋邊緣存在高效碳輸送機制:在渦旋界面強鋒區(qū),垂直流場與重力沉降協(xié)同作用,顯著提升有機碳向深海的輸運效率。該工作為理解生物泵在復雜海洋環(huán)流系統(tǒng)中的作用提供了新視角。

    UVP6-LP通過高分辨率成像與形態(tài)學分析證實:致密聚集體具有快速沉降特性,效率遠超傳統(tǒng)粒徑模型預測值;物理-生物耦合過程(鋒面泵)是深層碳封存的關(guān)鍵驅(qū)動力,該技術(shù)為解析生物泵與物理泵的耦合機制提供了新證據(jù)。

     

    參考文獻

    1. Accardo A, Laxenaire R, Baudena A, et al. Intense and localized export of selected marine snow types at eddy edges in the South Atlantic Ocean[J]. Biogeosciences, 2025, 22(5): 1183-1201.


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