大西洋经向翻转流（AMOC）是大洋温盐环流的重要一环，可以调节大洋经向热量、碳以及营养元素的再分配，影响着局部甚至全球气候和生产力模式。尽管变化的确切时间节点及程度还存在争议，但近年来模型模拟和记录研究都显示AMOC在过去几个世纪具有减弱的趋势，且越来越多证据表明其在1970年代以来迅速减弱。由于缺少大洋内部水团的变化记录，中低纬度海洋内部水团对于AMOC变化的响应还存在未知。
近日，中国科学院南京地质古生物研究所博士刘倩、副研究员李涛以及来自英国布里斯托尔大学和南京大学的学者合作，利用热带大西洋的深海珊瑚样品，获得过去两百年以来高分辨率热带大西洋中层关键带海水的放射性碳同位素演化记录，揭示北大西洋深层水（NADW）和南极中层水（AAIW）在热带大西洋的影响变化，暗示北大西洋在1960至1980年代存在大规模水团重组，为预测未来AMOC以及北大西洋水团的响应变化提供了重要参考。相关研究成果已经在《地球和行星科学快报》 （Earth and Planetary Science Letters）发表。
水团中放射性碳同位素（14C）含量是示踪水团变化的有效工具。NADW和AAIW是AMOC的重要组成部分，二者的14C含量存在显著差异。NADW相对年轻，Δ14C特征值在-86 ± 8‰范围；AAIW的Δ14C特征值则在-99 ± 11‰范围。通过中层水混合带的14C演化记录可以推断NADW与AAIW分别在记录位置影响的相对强弱，并推断可能的水团重组变化。
利用水团14C含量重建过去二百年以来AMOC的变化的关键是寻找合适的记录载体。海洋沉积物有孔虫壳体是重建海水14C演化的重要材料，但大部分海洋钻孔的沉积速率较低 (~1 – 2 cm/kyr)，无法满足记录近二百年的高分辨率海洋变化的需求。冷水珊瑚中的石珊瑚化石也是记录海洋14C含量的可靠载体。但石珊瑚通常为单体珊瑚，无法获得连续的高分辨率记录。冷水珊瑚中的竹节柳珊瑚（Isididae or bamboo coral）是一种寿命较长的枝状珊瑚，具有记录高分辨率海水14C含量变化的潜力。同时，竹节柳珊瑚具有独特的骨骼结构（方解石和有机质骨骼间隔生长），能够同时记录周围环境和表层海水的14C演化。
本研究利用竹节柳珊瑚的方解石骨骼建立过去二百年以来热带北大西洋中层水高分辨率14C演化记录，发现中部及东部热带北大西洋中层水的Δ14C在1960年代前相对稳定，而在1960至1980年代增加并保持至珊瑚采集时间2013年（图1）。短时间尺度内中层水Δ14C的上升可能与AMOC强度减弱导致的NADW上移或者AAIW的南撤有关（图2）。本研究对比过去几百年北大西洋表层及高纬度北大西洋数据及模拟记录发现，热带大西洋中层水的水团变化并不是局部变化，而更可能是大尺度的北大西洋水团重组（图3）。该研究结果为预测未来AMOC以及北大西洋水团的响应变化提供了重要参考。
图1：竹节柳珊瑚方解石骨骼记录的热带大西洋中层水Δ14C演化
图2：1960年代之后北大西洋中层水的潜在变化示意图
图3：AMOC指标对比图
本研究得到科技部重点研发计划青年项目(2023YFF0806100)、中国博士后科学基金会(2024M763370)、ERC 和NERC (278705, NE/S001743/1, NE/R005117/1)和古生物学与油气地层应用重点实验室的资助。
相关论文信息：Liu, Q., Robinson, L.F., Hendy, E., Stewart, J.A., Li, T., Chen, T., Knowles, T.D.J., 2025. Radiocarbon evidence of a North Atlantic intermediate water reconfiguration between the 1960s and 1980s. Earth and Planetary Science Letters 652, 119184. https://doi.org/10.1016/j.epsl.2024.119184
编辑：诸鹏飞
审核：盛捷