UVP6-LP助力南大西洋涡旋碳泵研究

近期，法国索邦大学科研团队借助BGC-Argo浮标搭载的UVP6-LP系统（水下颗粒物和浮游动物图像原位采集系统），系统揭示了南大西洋涡旋边缘区域海洋雪的异常集中现象及其与中尺度涡旋动力学的耦合机制。

研究背景

海洋作为地球zui大的碳汇，其生物碳泵（Biological Carbon Pump，BCP）每年吸收约2.3 Pg有机碳，其中约90%通过海洋雪（>0.5 mm的有机聚集体）的自然沉降实现。传统认知认为，海洋雪主要通过重力沉降缓慢下沉至深海。然而，近年研究发现，中尺度涡旋及亚中尺度锋面可通过增强垂直混合过程，形成“粒子注入泵"（Particle Injection Pump，PIP），显著提升碳的深层封存潜力。

南大西洋西南部的开普盆地因本格拉上升流、厄加勒斯洋流和南大西洋洋流的复杂相互作用，成为中尺度涡旋活动的热点区域。本研究运用UVP6-LP成像技术，旨在揭示海洋雪在涡旋边缘区的动态行为及其与水动力条件的耦合关系。

研究方法

2021年4月至2022年9月，研究团队在开普盆地（图1）利用BGC-Argo浮标搭载UVP6-LP系统（法国HYDROPTIC公司开发）（图2），对0.1-16 mm的水下物体进行原位成像，并通过Ecotaxa平台将这些物体进行分类，进而区分浮游生物与海洋雪颗粒。同时，仪器自带的软件测量了颗粒大小、形状、亮度等特征，以对物体的形态进行分析，此外，还根据颗粒尺寸和类型估算了有机碳质量。

图1 浮标在东南大西洋整个部署期间的浮动轨迹（2021年4月-2022年9月）

图2 法国HYDROPTIC公司水下颗粒物和浮游动物图像原位采集系统UVP6-LP

研究结果

1.三次深层输送事件

在17个月观测中，UVP6-LP于涡旋交界区识别出3次显著事件（2021年10月、12月及2022年3月）：

中层颗粒激增：在150-600m深度，大型海洋雪（>0.5 mm）浓度达背景值2-7倍（图3）。

图3 输出特征区内外MiP POC（微米级颗粒）与MaP POC（宏观颗粒）的垂向分布对比

形态垂向分层：表层以细长颗粒为主（可能为硅藻链），而中层以致密聚集体为主（300-600m层占比47%）（图4d），表明高密度颗粒更易沉入深层。

图4 基于形态特征的PCA与K均值聚类结果；（d）三次事件中不同深度层形态组比例

2.物理-生物协同作用（图5）

碳输送过程分为三阶段：

（1）聚集阶段：春季藻华为颗粒形成提供物质基础，涡旋边缘的水体汇聚促进颗粒碰撞结合。

（2）穿透混合层：致密聚集体依靠自身重量下沉，穿过约100m深的表层混合层。

（3）物理增强输送：涡旋交界处的强下沉流（亚中尺度过程）将颗粒加速输送到600m以深，速度超过纯重力沉降。

关键证据：中层颗粒高浓度区伴随低表观氧消耗（AOU）（相关性r=-0.59），表明水体近期接触过表层，支持垂向快速输送理论。

图5 涡旋边缘碳输送机制示意图

3. 与传统机制的对比

此前提出的“涡旋泵"仅影响50-100m厚水层，而本研究的锋面驱动输送贯穿整水柱，深度与强度显著更高。

研究结论

本研究借助BGC-Argo浮标搭载的UVP6-LP系统，揭示了南大西洋涡旋边缘存在高效碳输送机制：在涡旋界面强锋区，垂直流场与重力沉降协同作用，显著提升有机碳向深海的输运效率。该工作为理解生物泵在复杂海洋环流系统中的作用提供了新视角。

UVP6-LP通过高分辨率成像与形态学分析证实：致密聚集体具有快速沉降特性，效率远超传统粒径模型预测值；物理-生物耦合过程（锋面泵）是深层碳封存的关键驱动力，该技术为解析生物泵与物理泵的耦合机制提供了新证据。

参考文献

1. Accardo A, Laxenaire R, Baudena A, et al. Intense and localized export of selected marine snow types at eddy edges in the South Atlantic Ocean[J]. Biogeosciences, 2025, 22(5): 1183-1201.