近日，自然资源部第一海洋研究所海洋地质与成矿作用重点实验室姚政权研究员、石学法研究员等和比利时鲁汶大学尹秋珍教授、中国科学院地质与地球物理研究所郭正堂院士、南京大学陈天宇教授、中国科学院海洋研究所南青云研究员、俄罗斯科科学院远东分院太平洋研究所?Gorbarenko教授团队、瑞士洛桑大学?Jaccard教授等国内外科学家合作，在亚北极太平洋 调控全球大气 CO2变化机制研究方面取得新突破，研究成果以“冰盖和岁差控制的过去55万年以来亚北极太平洋生产力与上涌变化（Ice sheet and precession controlled subarctic Pacific productivity and upwelling over the last 550,000 years）”为题，发表在《自然·通讯》（Nature Communications）上。姚政权研究员为第一作者和通讯作者，石学法研究员和尹秋珍教授为共同通讯作者。
第四纪时期大气二氧化碳浓度表现出显著的冰期-间冰期旋回变化，其幅度最大可达100 ppmv，揭示其变化及机制一直是地球科学界关注的前沿科学问题。在过去的几十年中，科研人员对过去冰期旋回中大气二氧化碳浓度变化及机制进行了深入研究，基本确立了极地及亚极地高纬度海洋，特别是南大洋在调控大气二氧化碳浓度变化中的关键作用。然而，亚北极太平洋作为全球最大的呼吸碳库，在全球碳循环及大气二氧化碳浓度变化中的贡献并未受到足够的重视。
近年来，自然资源部第一海洋研究所科研人员通过与俄罗斯科科学院远东分院太平洋研究所科学家合作，对亚北极太平洋开展了联合调查研究。通过对取自西北太平洋皇帝海山一支长7.6 m的沉积岩芯（ LV76-16-1）进行高分辨率年代学、沉积学、地球化学等综合分析研究，重建了过去55万年以来西北太平洋古生产力与海水上涌变化历史。研究结果显示，该区域生产力和上涌变化呈现显著的冰期-间冰期及轨道周期变化特征，不仅包含100 ka和40 ka周期，还具有显著的20 ka的岁差周期特征。结合数值模拟结果发现，冰盖变化与岁差是造成上述变化的主要控制因素。在间冰期气候温暖且北极夏季日照强烈时，北半球西风带增强和/或北移导致了亚北极太平洋区域富营养盐水体的上涌增强，从而促进了海洋初级生产力的增加。这一增强的上升流不仅提供了丰富的养分，还促使之前封存于北太平洋深海中的二氧化碳释放至大气中，进而显著影响了全球碳循环和气候变化。
研究说明在晚第四纪冰期旋回中，尤其是在2万年时间尺度上，北半球西风驱动的亚北极太平洋水体上涌过程对大气中二氧化碳浓度变化具有重要的调控作用。这一认识强调了亚北极太平洋在全球碳循环中的角色，对南大洋作为主要碳源的传统观点提出了挑战。该成果不仅填补了对亚北极太平洋在全球碳循环中作用的认识空白，也为应对未来全球变暖下的气候变化提供了重要的科学依据。
上述研究工作得到了国家自然科学基金、山东省泰山学者攀登计划等项目的资助，这是自然资源部第一海洋研究所姚政权研究员和石学法研究员等继去年在亚洲季风与高低纬相互作用机制研究后（Yao et al., 2023, Nature Communications），在极地-亚极地高纬度海洋对全球气候影响研究方面取得的又一重要成果。论文链接：https://doi.org/10.1038/s41467-024-47871-8。