近日，海洋三所海气重点室、创新培育团队成员先后在国际地学期刊Global Biogeochemical Cycles（中科院地球科学一区top，IF6.50）和Limnology and Oceanography Letters（中科院海洋学一区，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（图1），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。

图1 北极甲烷输运和释放的关键过程示意图

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（图2）。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。

图2 南极罗斯海甲烷/盐度混合模型及甲烷主要移除途径示意图

海洋大气化学与全球变化重点实验室、海洋三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