深海中的洋流主要是倚仗密度的差額來驅(qū)動，在熱帶和亞熱帶海洋，表層海水由于日曬、蒸發(fā)導(dǎo)致溫度和鹽度都比下層海水高。在各個水層內(nèi)部，溫度和鹽度是均勻的，而水層之間就會有溫度和鹽度的躍變，在溫度和鹽度隨深度變化的連線就不是圓滑的，而是呈現(xiàn)像臺階一樣的態(tài)勢，稱為溫鹽階梯。（thermohaline staircase）。近日，中國生物多樣性保護(hù)與綠色發(fā)展基金會（簡稱中國綠發(fā)會、綠會）海洋工作組獲悉一篇關(guān)于北冰洋溫鹽階梯的機(jī)制的研究，現(xiàn)編譯如下，供讀者參考。

圖源：Pixabay/CC0 Public Domain

圖片：模擬在北冰洋內(nèi)形成溫鹽階梯結(jié)構(gòu)的溫度和鹽分變化。圖源：Yuchen Ma and W. Richard Peltier

(資料圖)

多倫多大學(xué)的研究人員已經(jīng)確定了北冰洋溫度和鹽度形成階梯狀結(jié)構(gòu)的機(jī)制，解決了半個多世紀(jì)以來困擾海洋學(xué)家和氣候?qū)W家的一個謎團(tuán)。該研究有望更清楚地解密氣候變化導(dǎo)致北極海冰迅速流失的原因和后果。

研究人員說：“我們發(fā)現(xiàn)了一種新的流體動力學(xué)不穩(wěn)定性機(jī)制，從而深入了解了由溫暖的鹽水和較冷的淡水混合而形成的階梯狀結(jié)構(gòu)?！痹撗芯堪l(fā)表于《物理評論-流體》。

“這些結(jié)構(gòu)在20世界60年代末首次被觀察到，但它們存在的機(jī)制卻從未被解釋過?！?/p>

這些溫度和鹽濃度階梯狀變化被稱為溫鹽階梯，在全球海洋的許多地區(qū)都很常見。

《物理評論-流體》中報道的研究結(jié)果引起了研究界的積極響應(yīng)，這完全驗證了作者在2020年發(fā)表于《流體力學(xué)期刊》上的分析，該分析記錄了這種新的流體動力學(xué)的不穩(wěn)定性。研究通過對一系列北冰洋湍流的直接數(shù)值模擬完成，以更好地了解全球海洋環(huán)流。

研究人員說：“海洋通常被認(rèn)為是一個高度混亂和動蕩的環(huán)境，因此在其中看到如此明確的鹽層和熱量層令人震驚。”

溫鹽階梯的存在極大地促進(jìn)了熱量從海洋流入向上層海冰的流動。因此，了解極地海洋中溫鹽階梯的形成過程，對于未來全球變暖預(yù)測和為緩解海冰的損失提供了非常重要的信息。

研究人員指出：“在這個全球變暖的時代，一個公認(rèn)的事實的是，北冰洋海冰覆蓋的喪失在這一全球進(jìn)程中非常關(guān)鍵。雖然溫鹽階梯的形成對北冰洋海冰損失的影響程度還有待量化，但我們可以肯定地說，用于對全球變暖過程進(jìn)行預(yù)測的氣候模型的海洋部分目前無法解決樓梯的形成過程?！?/p>

該研究建立在之前的研究基礎(chǔ)之上，側(cè)重于了解3萬到7萬年前冰河時代條件下的全球海洋環(huán)流。

在之前開發(fā)的冰川氣候模型中，從寒冷到溫暖天氣的快速過渡被證明是由北大西洋海冰覆蓋的一個廣泛的 "洞 "造成的，該洞是由海洋中的熱流進(jìn)入海冰造成的。這種熱流的規(guī)模是通過假設(shè)下面的海洋中形成了一個階梯來確定的。

參考文獻(xiàn)：https://phys.org/news/2022-09-mechanism-responsible-temperature-salinity-staircases.html

編譯：Sara

審核：Lucy

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