斯坦福大學(xué)的科學(xué)家發(fā)現(xiàn)了北冰洋的驚人變化。浮游植物的爆發(fā)，是位于鯨魚和北極熊之上的食物網(wǎng)底部的微小藻類，極大地改變了北極將大氣中的碳轉(zhuǎn)化為生物的能力。在過去的十年中，浪潮已取代海冰的損失，成為導(dǎo)致浮游植物吸收二氧化碳變化的最大驅(qū)動(dòng)力。

該研究發(fā)表在7月10日的《科學(xué)》雜志上。斯坦福大學(xué)地球，能源與環(huán)境科學(xué)學(xué)院(斯坦福大學(xué))教授凱文·阿里戈(Kevin Arrigo)表示，浮游植物生物量的影響力日益增強(qiáng)，可能代表北極的“重大政權(quán)轉(zhuǎn)移”，該地區(qū)的變暖速度比其他任何地方都要快在地球上。

這項(xiàng)研究以凈初級(jí)生產(chǎn)(NPP)為中心，凈初級(jí)生產(chǎn)是一種衡量植物和藻類將陽光和二氧化碳轉(zhuǎn)化為其他生物可食用糖的速度的方法。阿里戈說：“對(duì)于其他生態(tài)系統(tǒng)而言，這些比率確實(shí)很重要。”“這也很重要，因?yàn)檫@是將CO2從大氣中抽出并進(jìn)入海洋的主要方法之一。”

濃湯

Arrigo及其同事發(fā)現(xiàn)，在1998年至2018年期間，北極的NPP增長(zhǎng)了57%。這是整個(gè)海盆生產(chǎn)力的空前提高。更令人驚訝的發(fā)現(xiàn)是，盡管NPP的增加最初與海冰的退縮有關(guān)，但即使在2009年融化速度放緩之后，生產(chǎn)力仍繼續(xù)攀升。 ” Arrigo說。

換句話說，這些微型藻類曾經(jīng)在整個(gè)北極地區(qū)代謝更多的碳，這僅僅是因?yàn)橛捎跉夂蝌?qū)動(dòng)的冰蓋變化，它們?cè)诟L(zhǎng)的生長(zhǎng)季節(jié)中獲得了更多的開放水?，F(xiàn)在，它們?cè)絹碓綕猓拖駶獬淼脑孱悳粯印?/p>

研究的主要作者凱特·劉易斯(Kate Lewis)說：“在給定的水量下，每年浮游植物的生長(zhǎng)量更大。”斯坦福大學(xué)地球系統(tǒng)科學(xué)系的學(xué)生。“這是北冰洋首次報(bào)道。”

新食品

浮游植物需要光和養(yǎng)分才能生長(zhǎng)。但是這些成分在整個(gè)水柱中的可用性和混合取決于復(fù)雜的因素。結(jié)果，盡管北極研究人員在最近的幾十年中觀察到浮游植物的繁花已進(jìn)入超速運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)，但他們?nèi)栽跔?zhēng)論這種繁榮可能持續(xù)多長(zhǎng)時(shí)間以及它可能會(huì)上升多高。

通過為北冰洋收集大量新的海洋顏色測(cè)量值并建立新的算法來估計(jì)北極浮游植物的浮游植物濃度，斯坦福研究小組發(fā)現(xiàn)了證據(jù)，表明產(chǎn)量的持續(xù)增長(zhǎng)可能不再像曾經(jīng)懷疑的那樣受到稀缺營(yíng)養(yǎng)素的限制。Donald and Donald M. Steel地球科學(xué)教授Arrigo說：“現(xiàn)在仍處于初期，但現(xiàn)在看來已經(jīng)開始轉(zhuǎn)向增加養(yǎng)分供應(yīng)。”

研究人員推測(cè)，新的養(yǎng)分流入正在從其他海洋流入并從北極深處蔓延。劉易斯說：“我們知道北極在過去幾年中增加了產(chǎn)量，但似乎該系統(tǒng)只是在回收相同的養(yǎng)分。”“我們的研究表明并非如此。隨著新的養(yǎng)分進(jìn)入海洋，浮游植物年復(fù)一年地吸收更多的碳。這是出乎意料的，并且對(duì)生態(tài)產(chǎn)生了重大影響。”

解碼北極

研究人員能夠從衛(wèi)星傳感器和研究航行所采取的綠色植物色素葉綠素測(cè)量中提取這些見解。但是由于北極地區(qū)光，色彩和生命的不尋常相互作用，這項(xiàng)工作需要新的算法。阿里戈解釋說：“北冰洋是世界上最難進(jìn)行衛(wèi)星遙感的地方。”“在世界其他任何地方都可以使用的算法-依靠海洋的顏色來判斷浮游植物的數(shù)量-在北極根本不起作用。”

困難部分源于大量茶色河水的流入，這些河水?dāng)y帶著溶解的有機(jī)物，遙感器將其誤認(rèn)為是葉綠素。浮游植物適應(yīng)北極極低照度的不尋常方式也帶來了額外的復(fù)雜性。劉易斯說：“當(dāng)在北冰洋使用全球衛(wèi)星遙感算法時(shí)，最終會(huì)在估計(jì)中出現(xiàn)嚴(yán)重錯(cuò)誤。”

然而，這些遙感數(shù)據(jù)對(duì)于了解全球最極端環(huán)境之一中整個(gè)海盆的長(zhǎng)期趨勢(shì)至關(guān)重要，在這種情況下，一次直接測(cè)量NPP可能需要一組科學(xué)家進(jìn)行24小時(shí)不間斷的工作劉易斯說，登上破冰船。她精心策劃了海洋顏色和NPP測(cè)量數(shù)據(jù)集，然后使用編譯后的數(shù)據(jù)庫(kù)構(gòu)建了適應(yīng)北極獨(dú)特條件的算法。數(shù)據(jù)庫(kù)和算法現(xiàn)在都可供公眾使用。

這項(xiàng)工作有助于闡明氣候變化將如何塑造北冰洋的未來生產(chǎn)力，糧食供應(yīng)和吸收碳的能力。“將會(huì)有贏家和輸家，”阿里戈說。“北極的生產(chǎn)力提高意味著許多動(dòng)物將獲得更多的食物。但是，許多適應(yīng)于極地環(huán)境的動(dòng)物在冰撤退時(shí)發(fā)現(xiàn)生活更加困難。”

由于浮冰在今年早些時(shí)候融化，因此浮游植物的生長(zhǎng)也可能與其他食物網(wǎng)不同步。此外，隨著北極水域的開放，可能會(huì)有更多的運(yùn)輸流量，而且北極地區(qū)的規(guī)模實(shí)在太小，無法從全球的溫室氣體排放中吸收很多東西。阿里戈說：“它吸收的碳比以前吸收的碳要多得多，但是這并不是我們能夠依靠它來幫助我們解決氣候問題的方法。”