機(jī)器人浮標(biāo)揭示出空氣中有多少灰塵在給南大洋施肥

南大洋是對地球氣候至關(guān)重要的區(qū)域，這里生長著大量浮游植物，它們是南極食物網(wǎng)的基礎(chǔ)。近日發(fā)表于《自然》的一項研究表明，被風(fēng)吹來的灰塵提供了足夠的鐵，足以支持南大洋三分之一的浮游植物生長。了解這一點將有助于我們了解全球變暖將如何影響浮游植物所參與的關(guān)鍵氣候過程。

南大洋浮游植物NASA衛(wèi)星圖 Credit：NASA Suomi NPP satellite

南大洋充當(dāng)著氣候變化“減震器”的角色。其寒冷的水域和廣闊的面積每年捕獲人類產(chǎn)生的二氧化碳(CO?)占到海洋吸收二氧化碳的40%。

人類產(chǎn)生的二氧化碳主要在海洋表面溶解后進(jìn)入海洋。然而，將大量二氧化碳從海洋表面轉(zhuǎn)移到深海的生物過程在海洋的自然碳循環(huán)中起著至關(guān)重要的作用。

南大洋的這些過程即使發(fā)生微小的變化，也可能削弱或加強(qiáng)氣候減震器。這就是浮游植物發(fā)揮關(guān)鍵作用的地方。浮游植物，它們微小但強(qiáng)大。

像陸地上的植物一樣，浮游植物通過光合作用將二氧化碳轉(zhuǎn)化為生物量。當(dāng)浮游植物死亡時，它們會沉入深海。這將有效地將碳封存數(shù)十年，甚至幾百年。這被稱為生物碳泵，將有助于調(diào)節(jié)地球的氣候。

浮游植物需要養(yǎng)分和光照才能繁盛。硝酸鹽形式的氮是這些必需營養(yǎng)素之一，在南大洋中含量豐富。在春夏季的水華期，浮游植物大量消耗硝酸鹽。這為科學(xué)家們提供了一個獨特的機(jī)會——通過測量硝酸鹽的季節(jié)性消耗量，可以計算出浮游植物的生長及其生物量中固存的碳。

但是，一種必需的營養(yǎng)物質(zhì)——鐵，在南大洋供應(yīng)短缺，這就阻礙了浮游植物的生長，降低了生物碳泵的效率。

在這里凸顯了灰塵的使命。鐵通常存在于土壤中。風(fēng)把富含鐵的塵土從大陸帶到海洋。這種由灰塵產(chǎn)生的鐵的供應(yīng)可以使浮游植物大量繁殖，加強(qiáng)碳泵。

從研究歷史上看，為了研究鐵肥對浮游植物的影響，無論鐵是來自灰塵、其他自然來源，還是人為添加，科學(xué)家們不得不進(jìn)行昂貴的研究航行，前往遙遠(yuǎn)的南大洋。然而，這些實驗的見解僅限于特定季節(jié)的小區(qū)域和短時期內(nèi)。人們對整個南大洋全年的灰塵對浮游植物的影響知之甚少。

為了解決這一問題，該研究使用了海洋機(jī)器人追蹤灰塵的蹤跡。在過去的十年里，研究機(jī)構(gòu)已經(jīng)在世界各地部署了一批海洋機(jī)器人浮標(biāo)。這些機(jī)器人不知疲倦地追蹤海洋特性，包括硝酸鹽濃度。

在本研究中，研究人員分析了南大洋13600個地點的硝酸鹽測量結(jié)果，據(jù)此計算了浮游植物的生長狀況，并將這些生長估計與灰塵沉積的計算機(jī)模型結(jié)合起來。

通過這種新方法，研究發(fā)現(xiàn)了灰塵中鐵的供應(yīng)與浮游植物生長之間的直接聯(lián)系。重要的是，研究還發(fā)現(xiàn)，這些灰塵與浮游植物的生長相吻合，實際上通過提供鐵元素為浮游植物提供營養(yǎng)元素。

研究人員利用這種關(guān)系建立了南大洋過去、現(xiàn)在和未來的生產(chǎn)力地圖。這些地圖表明，如今南大洋中大約三分之一的浮游植物生長都由灰塵支持。

在冰河時期，干燥的環(huán)境、較低的海平面和強(qiáng)風(fēng)的結(jié)合意味著南大洋上的灰塵沉積比現(xiàn)在多40倍。研究人員將最后一個冰河時期的灰塵模擬應(yīng)用于新發(fā)現(xiàn)的關(guān)系，并估計浮游植物的生長在這些灰塵較多的時期是如今的兩倍。

因此，通過促進(jìn)浮游植物的生長，灰塵可能在冰河時期保持較低的大氣二氧化碳濃度方面發(fā)揮了重要作用。

為什么這很重要?

全球變暖和土地利用變化可能會迅速改變未來向海洋的灰塵輸送。這些變化將對海洋生態(tài)系統(tǒng)和漁業(yè)產(chǎn)生重要影響，該項研究可幫助預(yù)測這些變化。

為了將全球變暖控制在1.5攝氏度以下，必須找到安全有效的方法來主動去除大氣中的二氧化碳。一項被提出但有爭議的策略是用鐵給南大洋施肥。研究表明，這樣的策略可以提高南大洋中灰塵最少的區(qū)域的生產(chǎn)力，但這種干預(yù)的生態(tài)后果及其在捕獲碳方面的長期有效性仍然存在不確定性。

通過研究過去大自然是如何做到這一點的，如冰河時期減少二氧化碳的自然過程，可以更多地了解給海洋施肥以緩解氣候變化的可能結(jié)果和實用性。

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本文僅代表資訊，不代表平臺觀點。供參考。

編譯 | Sara
編輯 | LYJ
排版 | Sara

參考資料略