出品：科普中國
作者：可可（科普創作者）
監制：中國科普博覽
編者按：為拓展認知邊界，科普中國前沿科技項目推出“未知之境”系列文章，縱覽深空、深地、深海等領域突破極限的探索成果。讓我們一起走進科學發現之旅，認識令人驚嘆的世界。
海洋覆蓋了地球表面的71%，是地球上最大的水體系統。海水中溶解的鹽分賦予了海洋獨特的物理和化學性質，影響著全球氣候、海洋生態系統和人類活動。
近期，中國科學院海洋研究所王凡團隊的一項研究揭示了一個令人驚訝的發現：過去半個世紀以來，大西洋和太平洋之間的鹽度差異正在不斷加大。這一發現不僅挑戰了我們對海洋變化的傳統認知，還為理解全球氣候變化提供了新的視角。
海洋鹽度：影響全球氣候的關鍵因素
海洋鹽度是指海水中溶解鹽類的含量，通常用千分之幾(‰)或實用鹽度單位(PSU)表示。作為海水的基本特性之一，鹽度對海洋環流、氣候系統和海洋生物的分布都有重要影響。
大西洋和太平洋作為地球上最大的兩片海洋，它們的鹽度差異尤為引人注目。大西洋的鹽度普遍高于太平洋，這種差異影響著兩大洋的水團性質、環流結構和生物地球化學循環，進而影響全球氣候系統。
然而，在全球氣候變化的背景下，海洋鹽度正在發生深刻的變化。
王凡團隊的研究首次定量揭示了20世紀中葉以來大西洋-太平洋鹽度差異(APSC)的加強趨勢及其空間結構，為我們理解海洋變化提供了新的視角。這項研究不僅展示了海洋鹽度變化的復雜性，還強調了海洋在全球氣候系統中的關鍵作用。
各種水的鹽度
（圖片來源：維基百科）
驚人的發現：鹽度差異在加大
研究團隊通過分析海洋0-2000米深度的觀測數據，發現自1965年以來，大西洋-太平洋鹽度差呈現明顯的加強趨勢。具體而言，大西洋鹽度總體上升，而太平洋鹽度普遍下降。這種趨勢呈現出明顯的經向結構，在南北半球的副熱帶地區尤為突出。特別是在北緯20°至40°之間，鹽度差異增加了5.9±0.6%。
這一發現意味著大西洋和太平洋之間的“鹽度鴻溝”正在加深。這種變化不僅影響了海洋的物理性質，還可能對全球氣候系統產生深遠影響。鹽度差異的加大可能會導致兩大洋之間的水團交換、熱量傳輸和生物地球化學循環發生顯著變化，進而影響全球氣候格局。
全球海洋平均鹽度
（圖片來源：維基百科）
鹽度變化的驅動因素：不僅僅是表面淡水通量
傳統觀點認為，海洋表面的淡水通量(如降水和蒸發)是影響鹽度變化的主要因素。然而，王凡團隊的研究表明，除了這些已知因素外，風場和海洋增暖也在鹽度變化中扮演著重要角色。研究團隊通過創新的分析方法(熱力學模態分解)和模式模擬，揭示了一系列關鍵發現。
首先，風場的長期變化導致風生海洋環流變異，改變了鹽分在海洋中的分布。這種變化可能導致某些區域的鹽度增加，而其他區域的鹽度減少。其次，海洋表層變暖導致水團的形成源地向高緯度遷移，進一步影響鹽度分布。這種遷移可能改變了傳統的水團形成和混合過程，從而影響整個海洋的鹽度結構。
這些過程共同作用，產生了“鹽度再分配”效應，是鹽度差異加強趨勢及其經向結構形成的關鍵因素。值得注意的是，雖然這些過程在大西洋和太平洋都有發生，但由于兩大洋氣候態鹽度分布的差異，最終產生了不同的效果，導致鹽度差異進一步加大。這一發現強調了海洋動力學過程在鹽度變化中的重要性，為我們理解海洋變化提供了新的視角。
基于觀測數據的1965年以來0-2000米海洋平均鹽度變化（單位：psu）
（圖片來源：參考文獻1）
鹽度變化的廣泛影響：從海平面到海洋生態
鹽度差異的加強不僅是一個有趣的科學現象，還可能對全球海洋和氣候系統產生廣泛而深遠的影響。研究發現，這種鹽度差異的加大可能加劇太平洋的海平面上升趨勢。由于淡水比鹽水密度低，鹽度降低的太平洋可能會經歷更顯著的海平面上升，這對沿海地區和低洼島嶼構成潛在威脅。
此外，鹽度變化還可能增強海洋層化（指海水的物理、化學和生物等特性隨深度分層的現象），影響海水的垂直混合。海洋層化的加強可能減少表層和深層水體之間的交換，影響營養物質的輸送和海洋生態系統的平衡。這種變化可能對海洋食物鏈和漁業資源產生深遠影響。
更值得關注的是，鹽度差異的加強可能加劇太平洋次表層海水的缺氧和酸化問題。海水層化的增強可能減少深層水體的氧氣供應，導致某些區域形成缺氧帶，威脅海洋生物的生存。同時，海洋酸化的加劇可能對鈣化生物(如珊瑚和貝類)造成負面影響，進而影響整個海洋生態系統的穩定性。
這些潛在的影響突顯了海洋鹽度變化研究的重要性。通過深入理解這些變化及其驅動因素，科學家們可以更好地預測未來的海洋變化，為應對氣候變化和保護海洋生態系統提供科學依據。
結語
這項工作不僅揭示了大西洋-太平洋鹽度差異加強的趨勢，還闡明了風生海洋環流變異和水團源地遷移對鹽度變化的重要作用。這些發現對改進氣候模式、提高氣候預測水平具有重要的參考價值。
然而，海洋鹽度變化的研究仍有很長的路要走。未來科學家們可能會做的研究有：深入探討鹽度變化對海洋生態系統和全球氣候的長期影響；改進氣候模型，提高對海洋鹽度變化的模擬精度；開發新的觀測技術和方法，以獲取更全面、精確的海洋鹽度數據。
此外，跨學科合作將在其中發揮關鍵作用。海洋學家、氣候科學家、生態學家的共同努力，將有助于我們更全面地理解海洋鹽度變化及其對地球系統的影響。
總的來說，海洋鹽度變化研究的進展為我們應對全球氣候變化提供了新的視角和工具。通過深入理解海洋的變化，我們可以更好地預測和應對未來的環境挑戰，為地球的可持續發展貢獻力量。
參考文獻：
1.Ying Lu et. al., North Atlantic–Pacific salinity contrast enhanced by wind and ocean warming
2.Nature Climate Change, Ocean dynamics contribute to the amplifying Atlantic–Pacific salinity contrast
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