科学家绘制了全球海洋缺氧区（ODZ）的三维图谱。
这些区域占海洋总体积不到1%，却是温室气体一氧化二氮的重要来源。
科学家希望利用这张地图追踪缺氧区的变化，并预测它们会如何随着气候变化而改变。
海洋几乎处处充满生命，唯有某些区域例外：那里氧气自然骤降，水体变得不适合大多数需氧生物生存。这些荒凉的水域被称为“海洋缺氧区”（ODZ）。尽管它们占海洋总体积不到1%，却是一种强效温室气体一氧化二氮的重要来源。它们的边界还可能限制渔场和海洋生态系统的范围。
如今，麻省理工学院（MIT）的科学家绘制出了全球最大缺氧区迄今最详细的三维“图谱”。这份新图谱提供了热带太平洋两大片缺氧水域的高分辨率地图，展现了各缺氧区的体积、范围和深度变化，以及精细特征，例如伸入其他缺氧区域的带状含氧水域。
他们如何绘制三维图谱
研究团队采用一种新方法处理了逾40年的海洋数据，其中包含多次热带太平洋科考航次和部署在当地的自主机器人采集的近1500万条测量数据。研究人员汇总并分析了这些海量且精细的数据，绘制出不同深度的海洋缺氧区地图，类似于三维扫描中的一层层切片。
研究人员根据这些地图估算了热带太平洋两大缺氧区的总体积，精度高于以往的研究。第一个缺氧区从南美洲海岸向外延伸，体积约为60万立方千米，相当于约2400亿个奥运会规格游泳池的水量。第二个缺氧区位于中美洲海岸外，体积约为第一个的三倍。
这份图谱为当今缺氧区的位置提供了参照。研究团队希望科学家继续开展测量并补充图谱，以更好地追踪这些区域的变化，并预测它们会如何随着气候变暖而移动。
“普遍预期是，随着气候变暖，海洋中的氧气会减少。但在热带地区，情况更为复杂，因为那里存在大片海洋缺氧区。”共同绘制这份图谱的杰里克·克维钦斯基（Jarek Kwiecinski）说。另一位共同绘制者安德鲁·巴宾（Andrew Babbin）是麻省理工学院地球、大气与行星科学系塞西尔和艾达·格林职业发展教授。“绘制这些区域的详细地图很重要，这样我们就能为未来的变化提供比较基准。”
研究团队的研究成果今日发表于期刊《全球生物地球化学循环》。
定位海洋缺氧区
海洋缺氧区是自然形成的广阔且持久存在的海域，其成因是海洋微生物吞食下沉的浮游植物，同时消耗周围所有可用氧气。这些区域恰好位于洋流难以流经之处，而洋流通常会为海域补充含氧水。因此，缺氧区的水体相对长期处于缺氧状态，可能存在于海面下约35至1000米的海洋中层深度。作为参考，海洋平均深度约为4000米。
过去40年来，科考船通过将采水瓶放至不同深度，再将海水提取上来，供科学家测量其中的氧气含量，以此考察这些区域。
巴宾说：“但如果要测量真正为零的氧气含量，采水瓶测量会产生很多假象。我们部署到深处的塑料器材都含有氧气，这些氧气可能渗入样本。最终，这些人为引入的氧气会抬高海洋中的实际数值。”
研究团队没有依赖采水瓶样本的测量结果，而是分析了安装在瓶外的传感器数据，以及集成在机器人平台上的传感器数据。这些平台可以改变浮力，从而测量不同深度的水体。传感器测量多种信号，包括电流变化或光敏染料发出的光的强度，以估算水中溶解氧的含量。与代表单一特定深度的海水样本不同，传感器在下沉穿过水柱时会连续记录信号。
科学家曾尝试利用这些传感器数据估算缺氧区的真实氧浓度，但发现要准确转换这些信号极其困难，尤其是在氧浓度接近零时。
克维钦斯基说：“我们采用了截然不同的方法，不是利用测量结果判断氧气的真实含量，而是观察这个数值在水柱中的变化。这样，无论特定传感器读数如何，我们都能识别出缺氧水体。”
了解海洋的氧气供应
研究团队推断，如果传感器显示海洋某个连续垂直区段的氧气数值恒定不变，无论其真实数值是多少，都很可能意味着氧气已降至最低，该区段属于海洋缺氧区。
研究人员汇集了多次科考航次和机器人浮标在40年间采集的近1500万条传感器测量数据，并绘制出氧气含量不随深度变化的区域。
巴宾说：“我们现在可以看到太平洋缺氧水体的分布如何在三维空间中变化。”
研究团队绘制了热带太平洋两大缺氧区的边界、体积和形状，其中一个位于北半球，另一个位于南半球。他们还看到了各区域内部的精细特征。例如，缺氧水体较“厚”，也就是中部更为集中，并且似乎向各区域边缘逐渐变薄。
巴宾说：“我们还看到了缺口，浅层缺氧水体看起来像是被大口咬掉了一块。某种机制将氧气带入这片区域，使其相较周围水域含氧量更高。”
这些对热带太平洋海洋缺氧区的观测，比迄今的测量结果更为详细。
巴宾说：“此前无法解析这些缺氧区边界的形状及其延伸范围。现在，我们对这两个区域在面积和深度方面的差异有了更好的了解。”
克维钦斯基说：“这为可能发生的情况勾勒出一个轮廓。我们还可以利用汇总的这些数据做更多工作，以了解海洋的氧气供应受哪些因素控制。”
这项研究获得了西蒙斯基金会的部分资助。
