撰稿 / 陳明德 所長（國立臺灣海洋大學地球科學研究所）、許至雅（科推中心執行編輯）

審訂 / 陳明德 所長（國立臺灣海洋大學地球科學研究所）

　　當我們談到全球暖化、極端氣候與海平面上升時，往往想到的是近數十年的氣候觀測資料。然而，若要真正理解地球氣候系統如何運作，甚至預測未來可能的變化方向，科學家必須把時間尺度拉得更長，回到數十萬年、甚至百萬年的地球歷史中尋找答案。
　　近期，由國立臺灣海洋大學地球科學研究所陳明德教授，與加拿大、德國及法國研究團隊合作完成的最新研究，正式發表於國際頂尖期刊《Nature Communications》。研究團隊透過分析印尼班達海（Banda Sea）深海沉積物中的化學訊號，重建過去 80 萬年海洋循環變化，首次清楚指出：來自南半球、甚至與南極海洋密切相關的海水，長期且穩定地影響著印尼海流與全球氣候系統。

一條影響全球氣候的重要海流
　　印尼群島看似只是由許多島嶼組成的熱帶海域，但在海洋學家眼中，這裡卻是全球海洋循環的重要「交通樞紐」。
　　連接太平洋與印度洋的「印尼穿越流」（Indonesian Throughflow, ITF），是全球少數能跨越兩大洋的低緯度海流。它像是一條巨大的海洋輸送帶，每秒搬運數百萬立方公尺（約 15 Sv，Sv為計算洋流體積傳輸量的單位： 1 Sv = 10⁶ m³/s，即每秒搬運一百萬立方公尺的海水）海水，將太平洋的熱量、鹽分與營養鹽送往印度洋，甚至間接影響大西洋海洋循環與全球氣候。
　　然而，過去數十年來，科學界一直無法回答一個關鍵問題：這股海流中的海水，究竟主要來自北半球，還是南半球？而不同來源的海水，又如何影響全球氣候系統？
　　此次研究首次利用深海沉積物中的氮同位素（δ¹⁵N）變化追蹤不同半球海水留下的「化學指紋」，其中來自南半球的海水因在輸送途中累積了再礦化（remineralization）的硝酸鹽，δ¹⁵N偏高（約7.4–9.4‰）；來自北半球的海水則因環流區固氮作用（N₂ fixation）帶入較低δ¹⁵N的氮源，使數值偏低（約5.7‰），兩者相差可達3.5‰以上，以此作為區分海水來自南半球或北半球的指標。
　　ITF大部分的海水會流經班達海，是匯集來自南、北半球的海水進入印度洋前的重要儲水區，此處的沉積物記錄了南、北半球太平洋海水的「混合」特徵，因此研究分析了班達海中MD01-2380站位（即圖1中的黑色星星處）的岩心樣本，以估算過去80萬年間，ITF中南半球及北半球海水的比例。

圖1　位於班達海的MD01-2380岩心站位（黑色星星處MD80，為MD01-2380的簡寫），以及主要的次表層洋流路徑

　　為了解答ITF中的海水，究竟主要來自北半球，還是南半球，研究人員比對MD01-2380站位、U1486站位及MD06-3067站位岩心中δ¹⁵N的含量，這3個站位的數據依序代表ITF、南半球海水與北半球海水中δ¹⁵N的含量。研究人員依此建立同位素質量平衡方程式δ¹⁵N = x δ¹⁵N_North + (1−x) δ¹⁵N_South，計算出南、北半球各自貢獻了多少比例的海水。
　　此三個站位取得的岩心中，MD01-2380站位與U1486站位的岩心記錄了過去80萬年海水中的δ¹⁵N含量，而MD06-3067站位岩心僅記了過去16萬年海水中的δ¹⁵N含量。為了進一步了解過去80萬年南、北半球海水的貢獻比例，研究團隊進一步比對MD01-2380站位與U1486站位的過去80萬年的數據（如圖2a、2b與2c）。由圖2b與2c可知，在過去80萬年來，班達海的δ¹⁵N值在3.9‰到11.8‰之間波動，長期平均值為7.6‰，而U1486與MD01-2380兩個站點的同位素訊號平均差距約為2.3‰，研究團隊依此推測，即使氣候歷經多次冰期與間冰期（冰期/間冰期全球海水面升降變化約120 m、大氣二氧化碳濃度變化約100 ppm、海表溫變化約2-3 ^oC），ITF依然穩定的受來自南半球海水驅動。

圖2　a. 橘線為U1486站位δ¹⁵N含量隨時間的變化。b. 黑線為MD01-2380站位δ¹⁵N含量隨時間的變化。c. 棕線為U1486站位與MD01-2380站位δ¹⁵N含量差值隨時間的變化。d. 黃線為地球傾角隨時間的變化，灰線為歲差隨時間的變化。e. 綠線為MD01-2380站點的生物蛋白石百分比，淺綠線則為烯酮濃度。

　　研究團隊又進一步思考南半球海水影響ITF的機制以及關鍵證據是什麼？因此他們比對過去80萬年MD01-2380站位δ¹⁵N含量與地球傾角（Obliquity）及歲差（Precession）的變化，發現當處於低歲差時期，班達海通常會出現較高的δ¹⁵N值，團隊推測這是因為在低歲差時，海洋容易將更多來自南半球海洋深處、富含δ¹⁵N硝酸鹽的海水帶上來，導致班達海出現較高的δ¹⁵N值。證實這項機制的關鍵證據就在於岩心中的生物蛋白石（biogenic opal）百分比與烯酮（alkenone）的濃度，岩心中的生物蛋白石主要來自矽藻，當海水中「矽酸（silicic acid）」營養鹽的濃度升高，矽藻的量就會增加，而烯酮濃度則反應整個浮游植物群落的數量。由圖2e可知，岩心中生物蛋白石的百分比隨歲差以及地球傾角變化，而南半球的海水是控制溫躍層（thermocline）營養鹽（特別是矽酸）的關鍵，且深受傾角變化影響。烯酮濃度隨歲差變化，但不隨地球傾角變化，這說明海洋中矽酸營養鹽的量係隨著地球傾角而變化，由此證明ITF持續受到南半球海水影響。
　　所以南半球的海水對ITF的影響到底有多大呢？結果令人驚訝：在過去 80 萬年地球氣候經歷長達十萬年/數萬年時間尺度的北半球冰原體積變化中，來自南半球的海水對ITF一直具有重要貢獻，平均甚至可能占一半以上。換句話說，南極周邊海域的變化，可能透過ITF一路傳遞到熱帶西太平洋與印度洋，進而影響全球海洋與氣候系統。

深海沉積物，是地球氣候的「黑盒子」
　　這項成果的背後，其實是一場長達十多年、跨越國界與學科的海洋探險。
　　數千公尺深的海底，每年沉積極薄的一層泥沙，像年輪般安靜記錄著海洋環境的變化。這些沉積物保存了過去海水溫度、鹽度、生物生產力、降雨與海流變化的資訊，猶如地球氣候系統留下的「黑盒子」。
　　研究所使用的岩心樣本，來自法國深海研究船Marion Dufresne（瑪麗安．杜芙蕾號） 所採集的長柱狀深海沉積物岩心。臺灣自加入國際海洋古全球變遷研究計畫（International Marine Past Global Changes Study, IMAGES）以來，持續參與西太平洋與印太海域的重要深海航次，累積大量珍貴岩心樣本與研究成果。
　　陳明德教授長期擔任臺灣 IMAGES 整合型計畫主要協調人，至今已超過十年。此次研究成果，也獲得國家科學及技術委員會（NSTC）與臺灣 IMAGES 計畫支持，並與加拿大與德國團隊密切合作完成。

古海洋學：一門耗時、耗腦力，也高度依賴合作的科學
　　相較於即時觀測海洋變化的研究，古海洋學是一門極度耗時、且高度腦力密集的科學。
　　一支數十公尺長的深海岩心，往往需要花費多年時間進行年代建立、樣品切割、化學分析與跨指標比對。科學家不只要理解海洋學、地質學與氣候學，也需要整合地球化學、微體古生物、同位素分析與數值模擬等不同領域專長。
　　更重要的是，古海洋學研究社群相對小眾，研究能量遠不如美國、日本與歐洲，因此更需要穩定的國內支持與國際合作。臺灣 IMAGES 計畫能在過去二十年間持續取得西太平洋高品質岩心、建立國際合作網絡，並發表具國際影響力成果，實屬不易，也逐漸在全球古海洋研究領域建立重要地位。

從 80 萬年前的海流，看未來的氣候風險
　　這項研究的重要性，不只是解開過去海洋循環之謎。
　　西太平洋暖池與印尼海域，被認為是全球氣候系統的重要「熱引擎」，與亞洲季風、熱帶降雨、颱風活動及海洋生態息息相關。當全球暖化持續推進，若南半球海洋循環發生改變，其影響可能透過印尼海流擴散至西太平洋與東亞地區。
　　因此，了解過去數十萬年間海洋如何回應自然氣候變化，其實也是在理解：未來全球暖化之下，我們將面對什麼樣的海洋與氣候風險。
　　對科學家而言，深海沉積物不只是泥巴，而是一部尚未完全讀懂的地球歷史書。而每一次新的岩心分析，都會衝擊科學家對氣候變化複雜程度的認識，讓人類更早一步理解未來。

參考文獻：Kienast, M., Hollstein, M., Lehmann, N., Rafter, P. A., Li, Z., Chen, M. T. & Mohtadi, M. (2026). Significant Southern Hemisphere contribution to the Indonesian Throughflow over the last 800,000 years. Nature Communications, 17, 3484. DOI: 10.1038/s41467-026-71786-1