近日，自然资源部第三海洋研究所海气重点室、创新培育团队成员先后在国际地学期刊Global Biogeochemical Cycles（中国科学院地球科学一区top，IF6.50）和Limnology and Oceanography Letters（中国科学院海洋学一区，IF8.41）发表了题为《甲烷输运增强：从楚科奇海到北冰洋中心区》和《罗斯海（南大洋）夏季甲烷显著不饱和》的论文，首次提出了北极甲烷“自下而上”输运机制和南大洋高纬区甲烷不饱和的观点，对极区甲烷研究具有重要意义。
甲烷在百年尺度上的温室潜力是二氧化碳的28倍。极区是全球变化的放大器，量化极区非二氧化碳温室气体（如甲烷和氧化亚氮）的释放通量是气候变化研究的重要组成部分。国际上率先在上个世纪80年代开展了南、北极甲烷研究，提出了一系列极区甲烷生物地球化学的理论和观点，比国内相关研究领先至少20年。作为国内唯一进行极区海水非二氧化碳温室气体研究的课题组，通过在实验室建立方法和积累观测数据，先后开展了南、北极氧化亚氮和甲烷研究。该成果是课题组继极区氧化亚氮研究外的另一项重要进展。
北极边缘海因其富含永久冻土一直是国际甲烷研究的热点区域。通过现场数据，发现甲烷在楚科奇海的陆架和陆坡处具有显著高值。该部分甲烷可以通过上盐跃层的封存作用，在海流的携带下输送至北冰洋中心区。通过与历史数据的比对分析，发现“过剩甲烷”正在以0.1 nM每年的速度增长。同时，在大气和洋流强迫的作用下，太平洋入流水流量增强导致了该“过剩甲烷”从近岸海域向北冰洋更深处、更北面扩散。综合模型分析，提出了北极甲烷“自下而上”的输运机制，认为在海冰覆盖减少的情况下，正在增加的“过剩甲烷”浓度和持续增强的输送距离/速率将会引起更多的北冰洋甲烷释放到大气中。
南极是受人为活动相对较小的地区。由于海冰的覆盖，南极高纬度区域的非二氧化碳温室气体观测数据还相对匮乏。通过对南极罗斯海甲烷研究发现，海水中大部分甲烷处于不饱和状态（平均值82±20%），这主要与局地的水团混合和甲烷氧化作用有关。南极绕极流（ACC）是南大洋水团环流的重要组成部分，其影响的绕极深层水由于长期与大气隔绝而含有较低浓度的甲烷。在上升流、沿岸流等物理过程的作用下，低浓度的甲烷被卷携至罗斯海水柱中。由于缺乏其他来源，混合的罗斯海海水依然含有较低浓度的甲烷。海冰融化后，稀释作用进一步促进了表层海水甲烷低于大气平衡浓度的过程，由此造成了罗斯海向大气吸收甲烷的现象，表明南极高纬区（如罗斯海）在夏季可能是大气甲烷的汇区，这与世界上绝大部分海域（为大气甲烷源区）相反。
海洋大气化学与全球变化重点实验室、自然资源部第三海洋研究所创新培育团队成员叶旺旺助理研究员为第一作者，詹力扬研究员为第一通讯作者。其他主要合作单位为莫斯科大学、德国赫姆霍兹海洋研究所和海洋二所等。
论文链接：
Ye W., Li Y., Wen J., Zhang J., Shakhova N., Liu J., Wu M., Semiletov I*., Zhan L*. Enhanced transport of dissolved methane from the Chukchi Sea to the central Arctic. Global Biogeochemical Cycles, 2023, 37(2): e2022GB007368. https://doi.org/10.1029/2022GB007368
Ye, W., Arévalo-Martínez, D.L., Li, Y., Wen, J., He, H., Zhang, J., Liu, J., Wu, M. and Zhan, L*. (2023), Significant methane undersaturation during austral summer in the Ross Sea (Southern Ocean). Limnology and Oceanography Letters https://doi.org/10.1002/lol2.10315
