斯坦福大學(xué)的研究人員表示，他們已經(jīng)找到了一條水上高速公路，讓來自地球腹部的養(yǎng)分可以掃到南極洲海岸的地表水域，并刺激微觀海藻的爆炸性增長(zhǎng)。
他們的研究發(fā)表在6月5日的“自然通訊”雜志上，該研究表明，熱液噴口 - 海底開口噴出灼熱的富含礦物質(zhì)的熱流體 - 可能會(huì)影響海洋表面附近的生命和全球碳循環(huán)比以前認(rèn)為的更多。
博士后學(xué)者和該研究的主要作者馬蒂厄·阿迪納說，這項(xiàng)研究提供了第一個(gè)觀察到的來自南大洋深處的鐵的證據(jù)，將通常貧瘠的地表水轉(zhuǎn)變?yōu)楦∮沃参锏臒狳c(diǎn) - 浮游植物的微小藻類，拉動(dòng)熱量 - 從空氣中吸收二氧化碳并產(chǎn)生大量的氧氣。“我們的研究表明，來自熱液噴口的鐵可以很好地通過數(shù)百英里的開闊海域，并允許浮游植物在一些非常意想不到的地方茁壯成長(zhǎng)，”他說。
地球系統(tǒng)科學(xué)教授，該論文的高級(jí)作者凱文阿里戈稱這些發(fā)現(xiàn)“非常重要，因?yàn)樗鼈儽砻髁松詈：秃Ｑ蟊砻嬷g的緊密聯(lián)系。”
神秘的綻放
浮游植物需要鐵才能茁壯成長(zhǎng)，這限制了它們?cè)诖罅亢Ｑ笾械呢S度，其中營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的濃度很低。但是當(dāng)條件合適時(shí)，浮游植物也會(huì)爆炸性地生長(zhǎng)，在幾天之內(nèi)就會(huì)在數(shù)千平方英里的范圍內(nèi)綻放。
這就是Ardyna最近注意到的，他在2014年和2015年通過在南大洋配備光學(xué)傳感器的浮動(dòng)機(jī)器人觀察了數(shù)據(jù)。距離南極洲海岸1300多英里，距離非洲大陸1,400英里，在一個(gè)嚴(yán)重缺鐵和低濃度葉綠素的地區(qū)出現(xiàn)了兩個(gè)意想不到的大花，這是浮游植物種群的一個(gè)指標(biāo)。
這個(gè)地區(qū)的大量繁殖只能通過鐵的涌入才能實(shí)現(xiàn)。Ardyna和Arrigo迅速排除了海洋最常見的來源，包括大陸架，融化的海冰和大氣塵埃，它們距離太遠(yuǎn)而無法產(chǎn)生太大影響。
這導(dǎo)致他們懷疑養(yǎng)分必須從下面涌出，可能來自一串熱液噴口，這些噴口位于750英里處的海洋中脊，距離大規(guī)模的花朵莫名其妙地出現(xiàn)。為了幫助測(cè)試他們的假設(shè)，他們招募了一個(gè)專門從事海洋學(xué)和建模各個(gè)方面的國(guó)際合作者團(tuán)隊(duì)。
“人們?cè)缇椭?，熱液噴口?huì)創(chuàng)造出獨(dú)特而深刻的生命之源，”Ardyna說。直到最近，科學(xué)家普遍認(rèn)為這些營(yíng)養(yǎng)效果仍然是相當(dāng)局部的。但是，越來越多來自海洋動(dòng)力學(xué)計(jì)算機(jī)模擬的證據(jù)表明，從熱液噴口噴出的鐵和其他維持生命的元素實(shí)際上可能會(huì)在更廣泛的區(qū)域上燃燒浮游物。
但是，缺乏直接測(cè)量。
在南大洋，這部分是由于偏遠(yuǎn)的位置，極端寒冷和波濤洶涌的海洋，這使得難以近距離研究或收集準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)。“你的傳感器必須在正確的時(shí)間出現(xiàn)在正確的位置才能看到這些花朵，”Ardyna說。“由于水柱覆蓋不良或水柱強(qiáng)烈混合，衛(wèi)星可能會(huì)低估強(qiáng)度或完全錯(cuò)過它們，這會(huì)使浮游植物太深而無法讓衛(wèi)星看到。”
來自太空，浮動(dòng)機(jī)器人的線索
為了跟蹤來自中洋脊上的通風(fēng)口的顆粒流，科學(xué)家分析了測(cè)量葉綠素的衛(wèi)星數(shù)據(jù)以及稱為Argo浮標(biāo)的自主傳感器負(fù)載浮標(biāo)的數(shù)據(jù)。當(dāng)他們沿著洋流潛水和漂流時(shí)，這些浮標(biāo)中的一些探測(cè)到浮游植物生物量的葉綠素和其他代理。“漂浮物為我們提供了寶貴而獨(dú)特的數(shù)據(jù)，涵蓋了整個(gè)年度周期內(nèi)深達(dá)1000米的大部分水柱，”Ardyna說。
科學(xué)家無法直接測(cè)量水中的鐵，而是分析了20世紀(jì)90年代科學(xué)巡航所收集的氦的測(cè)量結(jié)果。氦的存在表明水受到熱液噴口的影響，熱液噴口從地殼下方漏出大量的原始氦。
葉綠素，浮游植物和氦的數(shù)據(jù)表明，一股強(qiáng)大的環(huán)流南極洲捕獲了從通風(fēng)口上升的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)。然后兩股湍流，快速移動(dòng)的分支將營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)向東移動(dòng)一兩個(gè)月，然后像營(yíng)養(yǎng)不良的浮游植物一樣為它們服務(wù)。隨著浮游植物對(duì)光合作用所需的春天陽光的到來，交付引發(fā)大量的大量繁殖，可能吸收并儲(chǔ)存來自大氣的大量碳，Arrigo說，他也是唐納德和唐納德M.鋼鐵地球科學(xué)教授。
隨著時(shí)間的推移，大量的東西向東流向南極洲周圍的賽車漂移，隨著海洋生物的吞噬而逐漸消失。“我們懷疑這些熱點(diǎn)是消費(fèi)還是出口到深水區(qū)，”Ardyna說。
每次綻放持續(xù)時(shí)間不超過一個(gè)月，但觸發(fā)它們的機(jī)制在全球海洋中可能比科學(xué)家先前所懷疑的更為常見。
“水熱通風(fēng)口遍布海底，”Ardyna說。了解將營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)帶到地表水中的途徑將有助于研究人員更準(zhǔn)確地計(jì)算出世界海洋中的碳流量。“要揭示其他潛在的熱點(diǎn)并量化這種機(jī)制如何改變碳循環(huán)，還有許多工作要做。”