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六天後,今天活著的數十億浮游植物都將死亡——被浮游動物吃掉或漂到海底。事實上,這些微小的植物,它們共同進行的 Photosynthesis 與地球上所有陸地植物一樣多,壽命只有兩天。
但是,這些微小的植物對大氣中二氧化碳的水平具有巨大的影響——既透過在光合作用期間吸收二氧化碳,又透過幫助驅動海洋的自然迴圈,使吸收了二氧化碳的密度更高、溫度更低的水在北大西洋等地沉降到海底。這種天然的匯是二氧化碳(造成氣候變化的最豐富的溫室氣體)排出大氣層的主要途徑之一。因此,瞭解這些微小植物每年春天繁殖的方式和原因,對於理解地球的生命系統——以及地球的元素迴圈——可能如何應對全球變暖至關重要。
幾十年來,由於海洋學家哈拉爾德·斯維德魯普在 20 世紀 50 年代的開創性工作,科學家們一直認為春季海洋條件是造成每年浮游生物繁殖的原因。但是,根據《生態學》四月刊上發表的一篇論文,一項新的衛星記錄分析表明,情況可能並非像春季條件的到來釋放了浮游植物的光合潛力那麼簡單。
俄勒岡州立大學的浮游植物生態學家邁克爾·貝倫菲爾德研究了 NASA SeaStar 衛星及其海視廣域視場感測器 (SeaWiFS) 九年的資料。該工具使研究人員能夠估算海洋中的總表面葉綠素濃度以及浮游植物中的相對碳濃度。貝倫菲爾德專注於北大西洋,發現葉綠素和碳濃度揭示的浮游生物數量增加始於隆冬季節(生長條件最差的時候),而不是由變化的春季天氣引發。原因似乎是冬季風暴攪動海洋造成的深水混合,從而使吃浮游植物的微小動物難以找到獵物。
貝倫菲爾德解釋說:“隨著您進入冬季和更深的混合,浮游植物生長損失給食草動物的比例越來越小。” 本質上,由於浮游植物更稀薄地分佈在更多的水中,或者被稀釋,潛在的食草動物更難找到它們。這使得浮游植物能夠在仲冬開始積累,這種生長方面的領先優勢是大規模繁殖的序曲,一旦冬季風暴停止混合,生長條件就會改善。
到春末,食草動物趕上,消耗與生長一樣多的浮游植物,也使繁殖結束。但是,新的假設調整了舊的理解,即浮游動物食草動物和其他損失基本上在所有時候都消除相同數量的浮游植物,正如斯維德魯普在 1953 年提出的那樣。
普林斯頓大學大氣與海洋科學專案的生物地球化學家豪爾赫·薩緬託(未參與該研究)稱,繁殖始於仲冬的新發現是“一個具有啟發性的想法……生長超過放牧的唯一時間點是非常早的時候。” 他補充說:“讓我們看看長期來看資料會怎麼說。”
當然,這種透過解釋葉綠素和碳濃度來估算浮游生物濃度的方法仍有待現場測試驗證。“北大西洋是一個冬天非常惡劣的地方,沒有人想去那裡。衛星不在乎條件有多惡劣,”貝倫菲爾德說,並指出他正在與海洋浮標進行的一項新研究提供了支援他的新假設的資料。“現在我們需要去實地進行一些測量。”
氣候變化也可能提供一個測試。如果確實是冬季風暴造成的深水混合引起的稀釋為每年的繁殖奠定了基礎,那麼北大西洋風暴較少的溫暖世界“應該會減少繁殖”,貝倫菲爾德指出。“在(北大西洋的)南端,冬季混合深度已經較淺。同樣,我們看到南端的繁殖規模也較小。”
薩緬託補充說:“如果[北大西洋浮游植物]變得更有效率或效率更低,那麼就會對地球的二氧化碳平衡產生反饋。真正重要的是瞭解該系統,並充分了解它,以便我們能夠預測它將如何應對氣候變化。”
畢竟,如果浮游生物繁殖減少,地球可能會失去兩個碳匯:將有更少的死亡浮游生物屍體(避免被食草動物消耗)沉入海底,並且富含二氧化碳的表層水下沉的可能性也可能降低。反過來,這可能會進一步加劇額外的大氣溫室氣體造成的氣候變化。
這也很重要,因為浮游植物構成了海洋食物網的基礎,這意味著世界上許多生產力最高的漁業在很大程度上依賴於這些微小植物的活動。世界海洋中其他具有類似繁殖的區域,例如阿拉伯海及其與季風相關的繁殖,也可能遵循類似的模式。
浮游植物繁殖的長期領先和驅動因素遠非北大西洋的唯一謎團。畢竟,這些年度繁殖顯示出一種型別的浮游植物的優勢地位迅速變化,隨後又是另一種型別的浮游植物的優勢地位——但總體種群規模增長相對平穩。貝倫菲爾德詢問了這種機制,“這實際上是如何運作的?”