西伯利亚河流羽流水体同位素特征揭示北极陆架夏季径流滞留时间

本研究通过δ18O和δ2H同位素示踪技术，首次建立正弦模型量化西伯利亚六大河流（鄂毕河、叶尼塞河、勒拿河等）羽流区淡水组分（FC）的滞留时间（τ），揭示春季融雪水在冰期末期仍存在于羽流中（τ=2-5.5个月），为北极陆架水文循环及气候变化监测提供关键数据支撑。

　　

北极地区的水文循环对全球气候变化具有放大效应，而西伯利亚河流每年向北极海域输送约1700 km³淡水，显著改变海洋盐度、热力学性质及生态系统。然而，这些淡水在陆架区的滞留时间长期缺乏精准量化手段，制约了对北极淡水通量及其气候影响的认知。俄罗斯科学院矿床地质研究所的Yulia N. Chizhova和Elena O. Dubinina团队在《Polar Science》发表研究，创新性地将地下水滞留时间计算的正弦模型移植到北极河流羽流系统，利用δ¹⁸O和δ²H同位素季节性波动特征，首次计算出四大河流羽流区淡水滞留时间，揭示出西伯利亚径流对北极海域的持续影响机制。

研究团队采用三大关键技术：1）基于2015-2017年北极航次采集的羽流区表层水样，通过盐度-同位素关系外推法确定淡水组分（FC）的δ¹⁸O(FC)和δ²H(FC)值；2）从Arctic GRO数据库提取鄂毕河等河流的季节性同位素监测数据，建立正弦函数模型；3）通过振幅衰减公式τ=(1/ω)arctan(ωΔt)计算滞留时间，其中ω为年周期角频率，Δt为相位差。

材料与方法
研究选取鄂毕河等六大河流羽流区表层水样，通过盐度-δ¹⁸O/δ²H线性回归获得FC同位素特征值，并与河流原位监测数据对比。正弦模型的核心假设是：河流同位素信号继承降水季节波动，羽流区FC值代表时间积分结果。

淡水组分同位素特征
勒拿河羽流δ¹⁸O(FC)最低（-20.3‰），反映其流域强大陆性气候；而科雷马河δ¹⁸O(FC)较高（-16.8‰），显示太平洋气团影响。所有河流FC同位素关系均符合全球大气水线（GMWL）：δ²H=8.12×δ¹⁸O+8.6，证实羽流区无显著蒸发分馏。

滞留时间计算结果
叶尼塞河与鄂毕河羽流τ值最高（4.3-5.5个月），表明春季融雪水可存续至秋季；勒拿河与科雷马河τ值较短（2-3个月），与东岸快速海流冲刷有关。该差异揭示西伯利亚西部河流对北极水文具有更持久影响。

讨论与结论
研究发现北极陆架淡水滞留存在显著东西梯度，该现象源于冬季降水的大陆效应（continental effect）空间分异。通过同位素指纹证实，夏季羽流实际混合了多季节径流，这对理解北极淡水层结形成及碳循环至关重要。研究建立的τ值计算方法无需精确量化海水混合比例，为极地复杂环境下的水文过程研究提供新范式。

该成果不仅深化了对北极陆架物质运移规律的认识，更为评估全球变暖背景下淡水输入对北极放大效应的贡献奠定方法论基础。未来需结合短寿命同位素验证模型精度，并扩展至春季冰融期观测以完善时间分辨率。