國立臺灣大學一項最新研究，成功重建了長達60萬年的海洋歷史，並指出一個長期被忽視的水層，可能在過去百萬年間最關鍵的一次大氣二氧化碳轉變中扮演了核心角色。
這項研究由國立臺灣大學海洋研究所研究員 Tapia 博士與賀詩琳副教授，攜手國際團隊共同完成。研究發現，位於海面下約500至1,500公尺的「南極中層水」（Antarctic Intermediate Water, AAIW），在約50萬年前發生的一次大氣二氧化碳濃度躍升事件中具有關鍵影響。相關成果已發表於《Science Advances》。這項發現挑戰了長期以來「僅由南大洋深層水變化主導二氧化碳轉變」的主流觀點，進一步指出，中層海洋環流其實是調節地球碳循環的一個長期被低估的重要機制。
背景：地球氣候的一個轉折點
地球歷經寒冷的冰期與溫暖的間冰期的交替循環，期間伴隨著大氣二氧化碳濃度出現約100 ppm之變化。約在42.4萬年前，間冰期的大氣二氧化碳濃度相較於前一次間冰期突然上升約35 ppm，這一變化被稱為「中布魯內事件」（Mid-Brunhes Event, MBE）。
長期以來，學界對這一階段性躍升的成因始終存在爭論。主流假說認為，其主要驅動力來自南大洋深層水形成機制的重組。然而，數值模式研究顯示，僅靠深層海洋變化仍不足以解釋整體二氧化碳的上升。這項新研究指出，背後的機制其實遠比過去認知更加複雜。
關鍵發現
國立臺灣大學海洋研究所與德國、挪威的國際合作團隊利用取自南太平洋—全球岩心資料最為稀缺的地區之一—的沉積岩心，成功重建了過去60萬年間南極中層水（Antarctic Intermediate Water, AAIW）的溫度與鹽度變化。
研究結果顯示，在MBE前後，海洋狀態呈現出顯著對比（圖1a、b）。在MBE之前，AAIW較為寒冷且鹽度較淡，使其更容易吸收大氣中二氧化碳；同時，強烈的海洋分層有助於將這些碳長時間封存於深海之中。相較之下，MBE之後，AAIW則變得較為溫暖且鹽度較高，降低了其吸收CO₂的能力；較弱的分層使得碳更容易重新釋放回大氣，並與間冰期二氧化碳濃度上升的趨勢相符。
冰山的關鍵角色
是什麼因素導致MBE之前的AAIW變得更冷且鹽度更淡？研究指出，關鍵在於南極冰山（圖1c）。多項代用指標顯示，在MBE之前，南極釋放的冰山數量高於現今。當這些冰山向北漂移並融化時，將大量淡水輸送至AAIW的形成區域。同時，當時更強的南極繞極流（Antarctic Circumpolar Current, ACC）——其強度估計比現今高出約1.3–1.5倍——透過將冰山及其融冰水輸送至更北方的區域，進一步加劇了這種效應。
這些作用共同使中層海水變得更冷且鹽度更淡，大幅提升其吸收大氣二氧化碳的能力。MBE之後，南半球西風帶南移，減弱了溫暖的繞極深層水向南極陸棚的湧升，進而限制了冰棚融化與冰山崩解。同時，較弱的ACC也減少了淡水向北輸送。其結果是：中層水變得更溫暖、鹽度更高，對二氧化碳的吸收能力明顯下降。
為何重要
釐清過去調控大氣二氧化碳濃度的機制，是預測未來氣候變遷的核心課題。本研究挑戰了長期以來認為僅由深層海洋主導二氧化碳變化的觀點，指出中層海水其實扮演了長期被忽視卻至關重要的角色。
研究同時揭示了二氧化碳與南極冰融化及冰山活動之間一項出人意料的連結。展望未來，隨著南極冰損失持續加速，海洋封存碳的能力可能進一步下降，進而在高碳排放情境下，放大未來的暖化效應。
延伸閱讀Tapia, R., Ho, S.L., Nürnberg, D., Meckler, A.N., Iizuka, Y., Tiedemann, R. (2026). “Shifts in Antarctic Intermediate Water properties coincide with atmospheric CO2 rise across the Mid-Brunhes Event.” Science Advances, 10.1126/sciadv.ady4567
圖 1 說明 (a) 自中布魯內事件（MBE）以來，溫躍層溫度（藍線）呈現持續升高的趨勢。(b) 此變化導致MBE之後垂直分層強度減弱約四倍。由於較冷的海水能溶解更多二氧化碳（CO₂），且其在深海中的保存能力取決於海洋分層強度，因此MBE之前較冷且分層較強的環境，更有利於CO₂ 的吸收與長期封存。(c) 示意圖說明南極冰山淡水輸送至南極中層水（AAIW）形成區的過程。冰山融水降低海表鹽度與密度，使中層水形成區向北移動，並增加其與大氣接觸的範圍，進而提升CO₂ 的吸收能力。
