保存下来的企鹅粪便揭示了过去南极海洋环流的变化

保存下来的企鹅粪便可能是连接过去南极海洋状况和企鹅种群的关键，揭示了随着气候变化，鸟类和该地区的生态系统可能会如何生存。

一项新研究分析了 6000 年来在同一南极地点筑巢的阿德利企鹅所形成的企鹅粪便层的化学成分。研究人员旨在将粪便化学的变化与可能控制当地食物网的海洋环流的变化联系起来。这项工作发表在 Geophysical Research Letters 上，该杂志发表了具有直接影响的高影响力、简短格式的报告，其直接影响涵盖了所有地球和空间科学。

南极洲可能是一个难以生存的地方，即使对于顽强的小阿德利企鹅来说也是如此。半年里天气寒冷而黑暗，在冰冷的罗斯海很难找到猎物——主要是磷虾和鱼类。它们的食物供应随阳光而季节性变化，但随着洋流缓慢变化、海冰形成和破裂以及水的变暖和变冷，它们的食物供应也会在数千年中增减。

新的研究在企鹅粪便中发现了几个深海营养物质镉的峰值，这对应于埋在筑巢区的企鹅遗骸的密度更大。这种关系表明，在过去的 6,000 年中，富含营养的深层海水被多次重新引导到地表，使地表的生态系统得以蓬勃发展。该方法是一种重建过去海洋环流的新方法。

研究人员假设企鹅种群规模与环极深水的变化有关，环极深水是一种暖流，在深海中 大致顺时针围绕南极洲流动，并通过罗斯海上升。过去，循环变化允许更多的深水流到达地表，提供镉等营养物质，这些营养物质对维持食物网的基础至关重要。镉通过磷虾和鱼类进入和离开企鹅。

除了为企鹅种群提供解释外，粪便记录还为研究人员提供了宝贵的见解，了解海洋过去的行为方式——因此，它们在不久的将来可能会如何运作。

“环极深水是气候学家和海洋学家都非常关心的问题，因为它推动了南极西部冰架的快速融化和二氧化碳释放到大气中，并决定了南大洋生物量的空间分布，”周庆谢说，中国科学技术大学环境地球化学家，该研究的合著者。“但环极深水的历史重建记录相当稀少。我们只能从海洋沉积物核心中找到线索，并且可以通过海面温度和海冰间接推断出电流的作用。”

“这似乎是罗斯海水团如何变化的一个指标，”没有参与这项研究的惠灵顿维多利亚大学南极研究人员罗伯特·麦凯说。“这为我们了解冰冻圈变化对生物系统的影响提供了另一个工具集。”

变暖的南极洲

了解南极洲过去的环流模式如何变化对于了解生物圈变化以及预测现代海洋如何应对气候变化非常重要。过去的环流记录通常基于海洋沉积物，这些沉积物虽然对研究水很有用，但对反映陆地生命正在发生的事情几乎没有作用。企鹅鸟粪具有双重作用，它为海洋环流提供了额外的约束，并在海洋和陆地动物之间建立了更直接的联系。

“当我们试图使这项工作与生物系统相关时，我们遇到的一个大问题是在食物网上扩大规模，这正是这篇论文的有趣之处。因为生物圈是一个 [比海洋] 复杂得多的系统， “它在很多方面都更加混乱，而且更难建模。在浮游生物和巨型动物之间建立这种联系非常棘手，所以这是一个很好的例子，说明如何做到这一点，”麦凯说。

该研究发现，大约 1000 年前，当温暖的环极深水涌出并融化海冰时，镉和企鹅遗骸的含量达到了峰值。随着融化的冰层清除了觅食和繁殖地，企鹅种群数量不断攀升，本可以提供更多食物。

尽管过去一些变暖可能会增加企鹅的数量，但今天南极洲的快速变暖可能让鸟类无法应对。

“目前南极西部的变暖速度如此之快和剧烈，可能会导致其他方面的问题。特别是，南极西部环极深水上升流增强导致冰川迅速融化，海洋表面极度变暖，并可能导致磷虾分布向南收缩。这可能导致企鹅栖息地的重新定位，对于在冰上繁殖的帝企鹅来说，在某些地区可能会完全消失，“中国科学技术大学这项研究的合著者孙立光说。

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