火山喷发引发海洋缺氧，地球与海洋的生物地球化学联系适用未来么 - 海洋地球化学

m- K4 e9 A$ E7 X( `

#我的生活也是头条#最新的研究发现，最后一次冰川消退期间，北太平洋脱氧事件由于高生产力而持续了数千年，但其触发机制及其与冰川消退变暖的联系仍不确定。在格陵兰冰川消退后，北太平洋的缺氧与海底沉积物中火山灰的增加有关。相对于格陵兰冰川消退的火山输入时间表明，区域爆炸性火山活动是由冰的卸载引起的。火山灰的铁施肥促进了这个铁有限地区的海洋生产力，并使海洋系统走向持续的缺氧。

; \, Z$ u A7 B7 O" ^% [

3 K9 ~. k$ a1 u

图1，格陵兰岛

: {9 p& O6 T2 \0 s9 m8 F- n% |

一、全球变暖导致的海洋缺氧

6 S1 M; S% _, }; C

全球次表层海洋的溶解氧一直在持续减少（脱氧作用），如果全球变暖趋势持续下去，这种情况预计将进一步恶化。这种缺氧将对海洋生态系统产生强烈的影响，特别是在具有低氧背景的地区，如北太平洋和东太平洋的最低氧区。

7 {. e- T4 \! W+ F+ k h

$ U' h6 |/ z6 m& j- |6 X. }

图2，阿拉斯加冰川

1 Z( K. M3 O! J8 j8 Z& H& Z! L9 P

* B* h/ O* c) P# |) b/ `; F1 m

在短的现代观测记录中，识别触发和维持长期脱氧的机制是有问题的，因为年际的变化，这为研究驱动持续脱氧的机制提供了动力。

" r( r& J1 g5 Q$ [1 j: d1 A- w

图3，白令海峡

7 Y1 ^2 s2 y) n: |

( N% c- P d. S& y

其中最著名的事件是上一次冰川消退期变暖期间东北太平洋的脱氧事件，大约发生于距今1.9万-9000年前。这些事件持续了几个世纪到几千年，也提供了一个受限制的气候背景，为科学家研究脱氧的触发因素和影响提供了便利。

图4，全球地质与海洋背景，Du2022

二、脱氧作用的原因

! g( P& R M2 A

冰川脱氧事件的最初原因可能与高纬度变暖有关，这种变暖降低了氧的溶解度，增加了代谢氧需求和生产力。然而，仅仅是变暖并不足以使整个海洋达到缺氧状态。

图5，格陵兰冰川

4 r# `( g) R, }+ o

另一种假说将脱氧与低氧太平洋赤道水地下环流的减缓、分层的增加和向北平流联系起来；然而，深海太平洋的去冰川环流可能加速，而在与脱氧事件相关的中间深度没有发现明显的通气变化。

7 P7 p; j% Z7 t; S, R. g& w0 }

图6，阿拉斯加

( F/ r0 R1 J$ u' @* v5 h

另一类假说认为，大陆架上的铁循环与海平面上升有关，它是提高铁含量有限的北太平洋地区生产力的燃料。虽然生产力和铁的反馈可能有助于维持脱氧作用，但最初的触发因素仍不清楚。

$ T( G; B. h" w8 f+ j

图7，阿拉斯加冰川

4 E# a- C9 L i+ f" f

三、最新的研究

最近，科学家发现固体地球在形成过程中，会触发冰川消退而导致脱氧。固体地球以时间尺度上的低温圈为中介，与大气-海洋系统的冰期相呼应。冰层覆盖的丧失会引发爆炸性的火山活动。现代火山灰沉积可导致铁富集区的海洋表面浮游植物的繁盛。

4 b) i3 U/ J0 D$ K' Z

图8，格陵兰冰川融化

; v# L" ~' o7 Y6 I3 Z

东北太平洋的脱氧事件是由在冰川消退，全球变暖期间，火山活动的增加引发的。为了验证这一假设，科学家对太平洋东北部的阿拉斯加湾的两个地区的沉积物，完成了高分辨率的多示踪记录。

1 A8 d( T& @1 P# i. E, V1 ?

图9，阿拉斯加冰盖

这两个研究点位于高营养、低叶绿素区域，其中地表水充满硝酸盐，但初级产量受铁限制。还位于火山活跃的太平洋“火环”、格陵兰冰川和北太平洋的交叉地带，因此非常适合监测火山活动、低温圈和海洋生物地球化学之间的相互作用。

3 {8 O3 G2 w: @# w

图10，太平洋的火山

0 l2 R3 g& A; B) ~! v4 D! R' D

7 R4 O8 t, P% W8 _: k

研究表明，大气、海洋、低温球和固体-地球系统之间的明显耦合发生在相对较短的时间尺度上，可以作为海洋生物地球化学变化的重要驱动因素。

/ D' U3 c4 ]1 T( g

6 o A3 U+ S6 k: w7 r- u* C* n7 F

图11，火山岛

9 p# |& A3 c3 I7 t" c! c6 W0 S' m& f* x4 r% w

四、格陵兰冰川消退后，火山活动加剧了

对更广泛的地球化学数据的统计反演进一步表明，沉积物中的火山组分主要是分散的流纹岩火山灰，可能来自东部阿留申岛弧和朗格尔火山。

+ g, V6 A: g# s! J, m) y

图12，阿留申岛

鉴于火山灰与矿物碎屑具有相似的铁溶解度，在冰川消退期期间如此升高的火山灰通量可能会缓解铁的限制，并促进东北太平洋的生物生产。

, @3 \* u, L3 V- Q. f

图13，东北太平洋地区冰盖消退、火山活动和脱氧之间的联系，Du2022

4 Q4 t4 K0 j8 i

1 [3 e( E$ }3 o( z6 Q, S# T; S

基于喷发频率比的火山活动增加的时间与中深度地点分散火山灰的高分辨率地球化学记录一致。假设特弗拉的陆地沉积只有在冰层覆盖消失后才能保存下来，那么增强的去冰期火山活动可能发生得比陆地记录所显示的更早。

$ H6 t3 y( w! G8 k; O a

图14，阿留申群岛

一种经常被用来解释冰川消退期间火山活动增加的机制，即冰团卸载与地壳压力的降低有关，以及它们对岩浆产生和储存的影响。下图是东北太平洋边缘最后一次去冰期期间的地表变暖、冰盖消退、火山活动、海洋生产力和海洋脱氧之间的密切联系。这些联系意味着大气、海洋、低温层和固体-地球系统的紧密耦合，时间比以前认为的要短得多。

7 }( t- }; h% S3 D

图15，阿拉斯加冰川

目前研究的固体地球与海洋的生物地球化学联系是否也适用于未来？大部分科迪勒兰冰已经消失，限制了冰川消退引发火山活动的力量，但高海拔层状火山和东北太平洋边缘其他山区的剩余冰仍然很大，今天融化正在加速。

5 [1 ?8 c7 D+ q" s ~* r

5 C0 c3 d% J1 I0 N/ j+ p2 U

图16，科迪勒拉山

此外，现代全球变暖正使该地区处于一种不稳定的近缺氧状态，因此，即使是由火山铁输入推动的出口生产力的适度提高，也会放大热脱氧。

, Y* q! h& x5 Q1 Q

图17，亚马孙火灾灾难

* u1 {/ t; `$ f! A% d

综上所述，火山活动的增加是否会导致未来的冰的损失，这是一个有待解决的问题，如果是这样，它是否足以像在去冰期期间那样跨越脱氧值，或者未来的脱氧是否足以触发持续的反馈机制，这是一个开放性的问题。固体地球和海洋生物地球化学过程之间的耦合可以相对快速地运行，而存在的临界点行为可以维持数千年的脱氧作用，这是未来的一个潜在问题。

5 O& f9 |" F( l/ w % t4 L% t" b0 t0 Y. S s. X