南极德雷克海峡与北部南极半岛夏季海洋碳酸盐系统的空间变异及其调控机制

本研究通过高分辨率观测揭示了德雷克海峡与北部南极半岛夏季碳酸盐系统的空间分异规律，发现极锋两侧受上升流（CDW）和光合作用差异调控，而南极半岛区域则受冰融水混合（DSW）与生物活动共同影响。该成果为区分自然变异与人为碳信号提供了关键依据，对预测南大洋碳汇能力变化具有重要意义。

　　

南大洋作为全球最重要的碳汇区域之一，其复杂的物理-生物地球化学过程导致海洋碳酸盐系统存在显著空间异质性。然而，当前对德雷克海峡与南极半岛这一关键通道的碳酸盐系统调控机制仍缺乏系统认知，特别是难以区分自然过程与人为碳输入的影响。这一认知缺口严重制约了对南大洋碳循环动态的准确评估，也阻碍了对海洋酸化生态效应的预测。

巴西高纬度海洋学组（GOAL）在2019年夏季航次中，利用船载高频连续监测系统获取了德雷克海峡与北部南极半岛的表层pCO₂
、溶解氧(O₂
)等参数，结合基于盐度-温度-氧的CANYON-B模型重建总碱度(Alk)，首次实现了该区域碳酸盐系统变量的高分辨率空间解析。

关键技术包括：1）船载走航式pCO₂
和O₂
连续监测系统；2）基于水文参数的Alk机器学习估算（CANYON-B模型）；3）碳酸盐系统变量计算（CO2SYS程序）；4）水团示踪技术（CDW与DSW混合分析）。

【极锋两侧的碳化学分异】
数据显示极锋（~59°S）南北呈现显著差异：锋面以南的上升流区因Circumpolar Deep Water（CDW）输入导致pCO₂

400 μatm、pH<7.99；而锋面以北的亚南极区因浮游植物活动使pCO₂
<390 μatm、pH>8.00，且颗石藻生长区出现CO₃
^2?
110 μmol kg^?1
的富集。

【南极半岛的特殊调控机制】
在Gerlache海峡等区域，光合作用与冰融水使pCO₂
降至<350 μatm，但Weddell Sea Dense Shelf Water（DSW）与CDW的混合导致局部出现pH低至7.90的酸化热点，表层水甚至出现文石不饱和（ΩAr<1）现象。

【碳酸盐矿物饱和度格局】
尽管大部分区域仍保持方解石（ΩCa）和文石（ΩAr）过饱和，但DSW影响区已显现溶解风险。这种空间异质性主要由CDW上涌强度、生物碳泵效率及陆源淡水输入比例共同决定。

该研究创新性地揭示了物理-生物耦合过程对南大洋碳化学空间格局的塑造机制：1）证实极锋是控制碳酸盐系统分区的关键界面；2）量化了DSW混合对人为碳输入的放大效应；3）建立了高分辨率Alk估算方法学框架。这些发现为改进区域碳循环模型提供了过程参数，也为评估海洋酸化对极地生态系统的级联影响奠定了科学基础。论文发表于《Marine Chemistry》，标志着南大洋碳循环研究从通量观测向机制解析的重要跨越。