遥远未来的海洋:温暖而富含氧气

海洋正在失去氧气。近年来，大量基于直接测量的研究表明了这一点。随着温度的升高，水可以溶解更少的气体，所以这些结果并不奇怪。除了全球变暖，沿海水域的富营养化等因素也有助于持续脱氧。如果全球变暖持续下去，海洋会在未来的某个时刻完全耗尽氧气吗？这种缺氧阶段在地球历史上其实已经发生过几次，并伴随着重大的大灭绝事件。它们还伴随着大气中二氧化碳浓度高和全球气温高。

今天，GEOMAR Helmholtz海洋研究中心的科学家在国际期刊《自然通讯》上发表了一份8000年以来海洋含氧量发展的模型模拟。在他们的情景中，他们认为很大一部分化石资源将被燃烧，排放量将持续上升，直到本世纪末，然后到2300年降至零。在这个模型中，地球被重新加热了6度，温度一直保持在这个高水平，直到模拟结束。

令人惊讶的结果涉及到海洋的氧气含量：经过数百年的进一步减少，海洋的氧气存量再次上升，甚至达到了比工业化前不到4000年更高的水平。乍一看，虽然预计世界海洋中已经存在的最小氧气面积将进一步扩大，但随着全球气温的升高，模型将产生意想不到的氧气增加，这似乎是矛盾的。

从基尔合作研究中心754的研究中可以得知，这个缺氧区是鱼类或头足类等较大生物的死亡区。然而，一些吸入硝酸盐而不是氧气的细菌在那里繁殖。“它们从我们称之为脱氮的化学过程中获取能量。这是氮循环的重要组成部分，这导致有机物质的呼吸作用比光合作用消耗更少的氧气，”Oschlies教授解释说。

在新的模式模拟中，研究人员首次在这种长期的全球模拟中，始终将氧循环和氮循环结合在一起。研究人员发现，由于氧气最小面积的扩大，越来越多的有机物不再被氧气呼吸，而是通过反硝化作用与硝酸盐一起呼吸。几千年后，相关的氧气节省超过了变暖导致的海洋氧气损失。“但是，我们不能说恢复了，因为海面附近的大面积氧气最低区域还会保留。大部分多余的氧气进入了深海，”该研究的合著者安吉拉兰多菲说。

但是，有一个新的问题：在温暖的气候中，地球历史上的缺氧阶段更难用新的发现来解释。在海洋中生物、物理和化学过程的复杂相互作用中，有明显的因素和反馈过程尚未被完全理解。“这就是为什么这项研究现在也很重要。它指出了知识缺口，例如反硝化作用和固氮作用之间的相互作用，这可能也与海洋的持续变化有关，”安德烈亚斯奥斯赫里斯(Andreas Oschlies)总结了这项研究的重要性。

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