文章导读
你是否想过，在地球最寒冷的角落，一场由气候变暖引发的“意外”正在悄然发生？北京大学最新研究揭示，南极沿岸那些被海冰环绕的冰间湖，不仅是独特的生态系统，更是被严重低估的碳汇“黑马”——它们以仅占南大洋3%的面积，贡献了超过40%的有机碳埋藏。研究发现，气候变暖正以前所未有的方式放大其固碳能力：无冰期延长和冰架融水，共同为浮游植物创造了“温床”，并通过生物碳泵高效地将碳封存于海底。这项发表于《美国国家科学院院刊》的研究预测，本世纪末，这片极寒之地的碳封存速率可能增长至当前的近三倍，为应对气候变化提供了一个来自地球边缘的关键新视角。
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南极沿岸冰间湖是指邻近南极大陆、被海冰包围的季节性或永久性开阔水域，单个面积从几十到几万平方公里不等。近日，北京大学城市与环境学院王学军教授、刘茂甸研究员领衔的国际研究团队在《美国国家科学院院刊》（PNAS）上发表最新研究成果，系统揭示了全新世以来气候变暖如何显著增强南极沿岸冰间湖的碳封存能力。
研究团队通过实验分析以及文献荟萃，构建了南极沿岸冰间湖生物地球化学数据库（图1）。研究发现，南极沿岸冰间湖以南大洋总面积的约3%贡献了南大洋现代沉积物有机碳埋藏总量的四成多。其中，普里兹湾、龙尼和罗斯三大冰间湖系统尤为突出，其碳埋藏量占据了整个南大洋的13%。
图1. 南极沿岸冰间湖（ACP）碳动态示意图、沉积物位置以及现代初级生产与有机碳累积的关系
研究揭示，南极沿岸冰间湖的碳埋藏能力对气候变暖表现出极强的正反馈。自约12,000年前的全新世以来，随着全球气候变暖，南极沿岸冰间湖沉积物中的有机碳累积速率增加了9倍。同时，有机碳含量增加了4倍，作为海洋生产力指标的生物硅和碳酸钙含量也显著上升（图2）。
图2. 影响南极沿岸冰间湖中不同来源有机碳累积的物理和生物地球化学过程
研究进一步发现，气候变暖通过延长无冰时长、扩大开阔水域面积为浮游植物生长创造了更优越的条件，显著增强了生物碳泵效率。此外，变暖加剧的冰架基底融化刺激浮游植物生长，并且其释放的细颗粒物质还能与有机碳结合并提供保护，大幅提升了碳的保存效率。因此，气候变暖能够显著强化冰间湖的自然碳汇。考虑到南极当前近乎全球平均2倍的变暖速率，研究预测，到本世纪末，南极沿岸冰间湖的有机碳埋藏速率可能达到当前的近3倍，揭示了一种存在于极地的、能够部分抵消大气CO2浓度上升的负反馈机制。
该研究由北京大学牵头，刘茂甸、王学军为共同通讯作者，城市与环境学院博士生周诚真为论文的第一作者，城市与环境学院博雅博士后蔡兴瑞、城市与环境学院已毕业博士生（现杜克大学博士后）张倩茹、南佛罗里达大学Brad Rosenheim教授、新罕布什尔大学/佛罗里达大学Thomas Bianchi教授、耶鲁大学已毕业硕士研究生Nikki H. Zhang等为论文重要合作者。该研究得到国家青年人才计划（海外）、国家自然科学基金（42476127、42577530、42521004）、北京市自然科学基金（XZ202501ZY0091）、北京大学必和必拓“碳与气候”博士研究生未名学者等的资助。
相关论文信息：Zhou, C., Liu, M., Rosenheim, E. B., et al. Warming substantially amplifies Antarctic coastal polynyas as key carbon sinks[J]. PNAS, https://doi.org/10.1073/pnas.2511585122
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