南極沿岸冰間湖是指鄰近南極大陸、被海冰包圍的季節(jié)性或永久性開闊水域，單個(gè)面積從幾十到幾萬平方公里不等。近日，北京大學(xué)城市與環(huán)境學(xué)院王學(xué)軍教授、劉茂甸研究員領(lǐng)銜的國際研究團(tuán)隊(duì)在《美國國家科學(xué)院院刊》（PNAS）上發(fā)表最新研究成果，系統(tǒng)揭示了全新世以來氣候變暖如何顯著增強(qiáng)南極沿岸冰間湖的碳封存能力。

研究團(tuán)隊(duì)通過實(shí)驗(yàn)分析以及文獻(xiàn)薈萃，構(gòu)建了南極沿岸冰間湖生物地球化學(xué)數(shù)據(jù)庫（圖1）。研究發(fā)現(xiàn)，南極沿岸冰間湖以南大洋總面積的約3%貢獻(xiàn)了南大洋現(xiàn)代沉積物有機(jī)碳埋藏總量的四成多。其中，普里茲灣、龍尼和羅斯三大冰間湖系統(tǒng)尤為突出，其碳埋藏量占據(jù)了整個(gè)南大洋的13%。

研究揭示，南極沿岸冰間湖的碳埋藏能力對(duì)氣候變暖表現(xiàn)出極強(qiáng)的正反饋。自約12,000年前的全新世以來，隨著全球氣候變暖，南極沿岸冰間湖沉積物中的有機(jī)碳累積速率增加了9倍。同時(shí)，有機(jī)碳含量增加了4倍，作為海洋生產(chǎn)力指標(biāo)的生物硅和碳酸鈣含量也顯著上升（圖2）。

研究進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)，氣候變暖通過延長(zhǎng)無冰時(shí)長(zhǎng)、擴(kuò)大開闊水域面積為浮游植物生長(zhǎng)創(chuàng)造了更優(yōu)越的條件，顯著增強(qiáng)了生物碳泵效率。此外，變暖加劇的冰架基底融化刺激浮游植物生長(zhǎng)，并且其釋放的細(xì)顆粒物質(zhì)還能與有機(jī)碳結(jié)合并提供保護(hù)，大幅提升了碳的保存效率。因此，氣候變暖能夠顯著強(qiáng)化冰間湖的自然碳匯。 考慮到南極當(dāng)前近乎全球平均2倍的變暖速率，研究預(yù)測(cè)，到本世紀(jì)末，南極沿岸冰間湖的有機(jī)碳埋藏速率可能達(dá)到當(dāng)前的近3倍，揭示了一種存在于極地的、能夠部分抵消大氣CO₂濃度上升的負(fù)反饋機(jī)制。

圖1. 南極沿岸冰間湖（ACP）碳動(dòng)態(tài)示意圖、沉積物位置以及現(xiàn)代初級(jí)生產(chǎn)與有機(jī)碳累積的關(guān)系。

圖2. 影響南極沿岸冰間湖中不同來源有機(jī)碳累積的物理和生物地球化學(xué)過程。

該研究由北京大學(xué)牽頭，劉茂甸研究員、王學(xué)軍教授為共同通訊作者，城市與環(huán)境學(xué)院博士生周誠真為論文的第一作者，城市與環(huán)境學(xué)院博雅博士后蔡興瑞、城市與環(huán)境學(xué)院已畢業(yè)博士生（現(xiàn)杜克大學(xué)博士后）張倩茹、南佛羅里達(dá)大學(xué)Brad Rosenheim教授、新罕布什爾大學(xué)/佛羅里達(dá)大學(xué)Thomas Bianchi教授、耶魯大學(xué)已畢業(yè)碩士研究生Nikki H. Zhang等為論文重要合作者。該研究得到國家青年人才計(jì)劃（海外）、國家自然科學(xué)基金（42476127、42577530、42521004）、北京市自然科學(xué)基金（XZ202501ZY0091）、北京大學(xué)必和必拓“碳與氣候”博士研究生未名學(xué)者等資助。

本文作者：博士生周誠真、劉茂甸研究員、王學(xué)軍教授

相關(guān)論文信息：Zhou, C., Liu, M., Rosenheim, E. B., et al. Warming substantially amplifies Antarctic coastal polynyas as key carbon sinks[J]. PNAS, https://doi.org/10.1073/pnas.2511585122