俄勒岡州立大學(xué)的一位科學(xué)家正在領(lǐng)導(dǎo)一項新的研究，旨在揭開塵埃在維持全球海洋生態(tài)系統(tǒng)和控制大氣二氧化碳水平方面的作用。研究人員早就意識到，浮游植物是居住在海洋頂層的類似植物的生物，是海洋食物鏈的基礎(chǔ)，它們依靠來自陸地的塵埃獲得必要的營養(yǎng)。然而，在全球范圍內(nèi)量化這種塵埃--來自土壤等來源的顆粒被風(fēng)攜帶并影響地球的氣候--的影響程度和規(guī)模已被證明是具有挑戰(zhàn)性的。

俄勒岡州立大學(xué)的海洋學(xué)家、剛剛在《科學(xué)》雜志上發(fā)表的論文的主要作者Toby Westberry說："這確實是第一次利用現(xiàn)代觀測記錄和在全球范圍內(nèi)表明，沉積在海洋上的灰塵所攜帶的營養(yǎng)物質(zhì)正在表面海洋生物學(xué)中產(chǎn)生反應(yīng)。"

海洋在碳循環(huán)中發(fā)揮著重要作用;來自大氣層的二氧化碳溶解在表層水域，浮游植物通過光合作用將碳變成有機物。一些新形成的有機物從表層海洋下沉到深海，在那里被鎖住，這一途徑被稱為生物泵。

在這篇新論文中，Westberry和其他來自俄勒岡州、馬里蘭大學(xué)、巴爾的摩縣和美國宇航局戈達(dá)德太空飛行中心的科學(xué)家估計，塵埃的沉積支持了全球每年碳輸出量的4.5%，或碳匯。他們發(fā)現(xiàn)，這一貢獻(xiàn)的區(qū)域差異可能要高得多，接近20%至40%。

"這很重要，因為它是將碳從大氣中排出并下沉到深海的一個途徑，"Westberry說。"生物泵是控制大氣中二氧化碳的關(guān)鍵之一，而大氣中的二氧化碳是推動全球變暖和氣候變化的主導(dǎo)因素。"

在海洋中，浮游植物生長的重要營養(yǎng)物質(zhì)主要是通過這些營養(yǎng)物質(zhì)從深海向海面的物理運動提供的，這一過程被稱為混合或上涌。但是一些營養(yǎng)物質(zhì)也是通過大氣中的塵埃提供的。

迄今為止，人們對自然海洋生態(tài)系統(tǒng)對大氣輸入的反應(yīng)的理解僅限于單一的大型事件，如野火、火山爆發(fā)和極端沙塵暴。事實上，Westberry和其他人以前的研究考察了2008年阿拉斯加西南部Kasatochi島的火山爆發(fā)后的生態(tài)系統(tǒng)反應(yīng)。

在新的論文中，Westberry和俄勒岡州植物學(xué)和植物病理學(xué)系教授Michael Behrenfeld，以及來自UMBC和NASA的科學(xué)家在過去的研究基礎(chǔ)上，研究了全球浮游植物的反應(yīng)。

Westberry和Behrenfeld的工作重點是利用衛(wèi)星數(shù)據(jù)來研究灰塵輸入后海洋顏色的變化。海洋顏色圖像每天都在全球海洋中收集，并報告浮游植物的豐度及其整體健康狀況的變化。例如，更綠的水通常對應(yīng)著豐富和健康的浮游植物種群，而更藍(lán)的水代表著浮游植物稀少且經(jīng)常營養(yǎng)不良的地區(qū)。

UMBC和NASA的科學(xué)家們將他們的努力集中在模擬灰塵運輸和沉積到海洋表面。

"確定有多少灰塵沉積到海洋中是很難的，因為大部分沉積發(fā)生在暴雨期間，而衛(wèi)星無法看到灰塵。這就是為什么我們轉(zhuǎn)向了一個模型，"UMBC的Lorraine Remer說，他是由UMBC領(lǐng)導(dǎo)的財團(tuán)--戈達(dá)德地球科學(xué)第二技術(shù)研究中心的研究教授。UMBC團(tuán)隊利用觀察結(jié)果來確認(rèn)NASA的一個全球模型，然后將其結(jié)果納入研究。

通過合作，研究小組發(fā)現(xiàn)，浮游植物對塵埃沉積的反應(yīng)因地點而異。

在低緯度海洋地區(qū)，灰塵輸入的特征主要表現(xiàn)為浮游植物健康的改善，但不是豐度。相反，高緯度水域的浮游植物在提供灰塵時，往往顯示出健康的改善和豐度的增加。這種對比反映了浮游植物和吃它們的動物之間的不同關(guān)系。

低緯度環(huán)境往往更穩(wěn)定，導(dǎo)致浮游植物的生長和捕食之間的緊密平衡。因此，當(dāng)灰塵改善了浮游植物的健康或生長速度時，這種新的生產(chǎn)被迅速消耗，并幾乎立即轉(zhuǎn)移到食物鏈上。在高緯度地區(qū)，由于環(huán)境條件不斷變化，浮游植物和它們的捕食者之間的聯(lián)系比較薄弱。因此，當(dāng)灰塵刺激浮游植物的生長時，捕食者就會落后一步，浮游植物種群就會表現(xiàn)出健康的改善和豐度的增加。

研究小組正在繼續(xù)這項研究，引入改進(jìn)的建模工具，并為美國宇航局即將到來的浮游生物、氣溶膠、云、海洋生態(tài)系統(tǒng)(PACE)衛(wèi)星任務(wù)提供更先進(jìn)的衛(wèi)星數(shù)據(jù)做準(zhǔn)備，其中一些數(shù)據(jù)將由UMBC設(shè)計和建造的HARP2儀器收集。

"Westberry說："目前的分析表明，海洋生物對大氣輸入的巨大動態(tài)范圍有可測量的反應(yīng)。我們預(yù)計，隨著地球繼續(xù)變暖，大氣和海洋之間的這種聯(lián)系將會改變。"

關(guān)鍵詞： 灰塵作用 海洋生態(tài)系統(tǒng) 氣候變化