动态冰-洋通道沿跨极漂流放大西伯利亚物质的扩散：季节性循环的示踪研究

编辑推荐：为解析跨极漂流(TPD)对西伯利亚物质运输的调控机制，Georgi Laukert团队通过MOSAiC考察获取全年δ18O、εNd和稀土元素数据，揭示冰-洋交互作用导致西伯利亚河流物质在北极的快速再分配，为预测气候变化下北极物质运输提供新见解。

　　北极地区如同地球的"气候放大器"，其独特的跨极漂流(TPD)系统长期以来被认为是输送西伯利亚淡水、养分和污染物的"超级高速公路"。然而这条"高速公路"的运行规则却充满谜团——冬季观测数据稀缺，冰与海水的物质交换过程如同黑箱，而气候变化正在加速改写北极的冰洋格局。传统观点将TPD简单视作从西伯利亚陆架到弗拉姆海峡的直线通道，但越来越多的证据表明，这个系统远比想象的复杂。

在这一背景下，由Georgi Laukert领衔的国际团队利用2019-2020年MOSAiC（北极气候研究多学科漂流观测站）考察的宝贵数据，开展了一项突破性研究。他们通过采集全年周期的海水和海冰样本，结合δ¹⁸O（稳定氧同位素）、ε_Nd（钕同位素）和稀土元素(REE)等地球化学示踪技术，首次完整揭示了TPD系统中物质运输的动态机制。这项发表在《Nature Communications》的研究，不仅改写了我们对北极物质循环的认知，更为预测气候变暖下的生态影响提供了关键工具。

研究团队采用多平台协同观测策略，核心方法包括：1) MOSAiC考察期间系统采集41个大型海水样本和10个海冰岩芯；2) 运用三重水团分析模型（基于δ¹⁸O和盐度）和四重模型（增加ε_Nd）量化不同水源贡献；3) 通过MC-ICP-MS高精度测定Nd同位素组成；4) SeaFAST系统预浓缩结合ICP-MS分析稀土元素浓度；5) CO₂-水平衡技术测定δ¹⁸O值。所有数据均通过蒙特卡洛模拟评估不确定性。

在"MOSAiC考察背景：海冰漂移和海洋表层水文"部分，研究揭示了观测期间海冰与表层海水的运动差异——海冰漂移速度最高达22 km/天，是下层海流的6倍，且方向经常偏离。通过"跨极漂流沿线淡水的来源、分布和变异性"分析发现，表层淡水含量(f_RIV)在罗蒙诺索夫海岭至弗拉姆海峡间呈现21%的峰值，且ε_Nd特征证实这些淡水主要来自勒拿河与叶尼塞/鄂毕河的混合输入。四组分模型显示，勒拿河(f_Lena)与叶尼塞/鄂毕河(f_YenOb)贡献比例随时间剧烈波动，反映陆架水文对TPD的预调节作用。

"海冰生长和漂移过程中对西伯利亚物质的吸收"章节通过海冰剖面特征划分出四个区间：区间i)和iii)对应δ¹⁸O低值(-0.95‰)和ε_Nd偏负(-10.8)，指示勒拿河主导；区间ii)和iv)则显示δ¹⁸O高值(+0.89‰)和ε_Nd升高(-9.3)，反映叶尼塞/鄂毕河影响。值得注意的是，海冰中Nd浓度仅为母体海水的5-10%，但保留了源区化学特征，证实冰- brine（卤水）系统能有效记录水文变化。

在"西伯利亚物质扩散的启示"部分，研究颠覆了TPD作为简单输送带的传统认知，提出"动态分流网络"新模型：1) 陆架水文变异通过调节淡水输出控制下游物质运输；2) 冰-洋速度差异使物质扩散范围远超淡水核心区；3) 季节性海冰形成过程可在200天内整合多源物质。随着北极海冰变薄，这种冰驱动的再分配作用将愈发重要。

这项研究的突破性在于首次量化了TPD系统中冰-洋耦合运输的时空动态，揭示西伯利亚物质通过"脉冲式"输入和快速重组影响整个北极生态系统。研究预测，气候变暖将加剧河流输入和冰漂速度，可能改变污染物扩散路径。该成果为构建下一代北极物质运输模型提供了关键参数，对评估北极碳循环、污染物迁移及生态系统健康具有深远意义。