低氧水域在世界海洋中绵延数千英里。这些“最低含氧带”(Oxygen Minimum Zones)中最大的位于北美和南美的太平洋海岸，以墨西哥海岸为中心。

一直以来，气候模型还无法预测最低含氧带是否会因气候变化而扩大或缩小，部分原因是最低含氧带由两个相反的过程产生:海洋环流提供的氧气和海洋生物使用的氧气。

日前，普林斯顿大学的生物地球化学海洋学家Laure Resplandy领导的研究团队成功预测，到本世纪末，地球上最大的太平洋最低含氧带的边界将扩大200万立方英里(约800万立方公里)——既向海面延伸，也向海岸延伸。该研究发表于《美国地球物理学会进展》（AGU Advances）。

图片：太平洋最低含氧带模型图。核心(紫色)几乎没有氧气，正在收缩，低氧外层(橙色)正在膨胀，过渡区(粉红色)。图源：Julius Busecke，Bane Sullivan

Resplandy说，这种现象有两个重要原因。首先，随着氧气水平下降，重要经济物种如金枪鱼和螃蟹等将无法觅食、游泳或繁殖，除非它们迁移到氧气更多的海洋区域。这对海洋沿岸附近的生态系统以及依赖它们的行业（从渔业到旅游业）具有重大影响。其次，最低含氧带是一种主要温室气体一氧化二氮的重要来源。

研究团队的成功预测不仅是因为使用最新模型，耦合模式比较计划6 (CMIP6)。最关键的是要理解最低含氧带不是均匀的，而是“像洋葱一样”有不同的层，这些层对不断上升的温室气体做出不同的反应。

从根本上说，最低含氧带是由外层和内芯组成的。研究表明，最低含氧带的核心将收缩，而其外层将膨胀。

在之前的工作中，最低含氧带的变化是通过中间层来评估的，在膨胀的外层和收缩的核心之间，只发现了很小的变化——有时是正的，有时是负的。变化接近于零，不同的模型显示出相互矛盾的趋势。研究人员曾认为这是气候模型的原因，但现在这个问题更加清晰，因为外层和核心的变化趋势是不同的。

研究人员说:“我们开始采用更全面的方法，研究这些不同“洋葱皮层”的演变，发现外层对生态系统最重要，核心对一氧化二氮的产生更重要。”

新的分层框架解决了多年以来的困惑。“15年来，我们一直在围绕着同一个难题:随着全球变暖，海洋正在失去氧气，所以我们预计最低含氧带会扩大，但我们的气候模型显示出不一致的趋势，所以我们不知道对生态系统和一氧化二氮的影响会是什么。”Resplandy说，“提出分层框架需要做大量工作，但我很高兴我们终于弄清了未来最低含氧带的预测”。

研究模型显示，如果温室气体排放持续居高不下，到2100年，热带太平洋最低含氧带将可能会向地表扩张5到50米(16到160英尺)。而随着外层的扩张，最低含氧带的核心(含氧量最低的地方)将会收缩。

图源：CC0 Public Domain

这是一个小小的好处。最低含氧带核心会产生一氧化二氮，所以收缩可能会限制这种温室气体释放到大气中的量。

巧合的是，今年早些时候，普林斯顿大学Danny Sigman实验室的古海洋学家发现，在1500万到5000万年前的温暖时期，海洋低氧带导致了一氧化二氮的减少。他们利用已经灭绝的微小生物来计算当时的氧气和氮气水平。这个独立于气候模型的研究结果也支持了上述发现。

原文参看：https://phys.org/news/2023-01-pacific-ocean-oxygen-starved-omz.html

编译 | Sara 审核 | Daisy