揭开灰尘的隐藏作用 滋养海洋和调节气候变化

俄勒冈州立大学的一位科学家正在领导一项新的研究，旨在揭开尘埃在维持全球海洋生态系统和控制大气二氧化碳水平方面的作用。研究人员早就意识到，浮游植物是居住在海洋顶层的类似植物的生物，是海洋食物链的基础，它们依靠来自陆地的尘埃获得必要的营养。然而，在全球范围内量化这种尘埃--来自土壤等来源的颗粒被风携带并影响地球的气候--的影响程度和规模已被证明是具有挑战性的。

俄勒冈州立大学的海洋学家、刚刚在《科学》杂志上发表的论文的主要作者Toby Westberry说："这确实是第一次利用现代观测记录和在全球范围内表明，沉积在海洋上的灰尘所携带的营养物质正在表面海洋生物学中产生反应。"

海洋在碳循环中发挥着重要作用;来自大气层的二氧化碳溶解在表层水域，浮游植物通过光合作用将碳变成有机物。一些新形成的有机物从表层海洋下沉到深海，在那里被锁住，这一途径被称为生物泵。

在这篇新论文中，Westberry和其他来自俄勒冈州、马里兰大学、巴尔的摩县和美国宇航局戈达德太空飞行中心的科学家估计，尘埃的沉积支持了全球每年碳输出量的4.5%，或碳汇。他们发现，这一贡献的区域差异可能要高得多，接近20%至40%。

"这很重要，因为它是将碳从大气中排出并下沉到深海的一个途径，"Westberry说。"生物泵是控制大气中二氧化碳的关键之一，而大气中的二氧化碳是推动全球变暖和气候变化的主导因素。"

在海洋中，浮游植物生长的重要营养物质主要是通过这些营养物质从深海向海面的物理运动提供的，这一过程被称为混合或上涌。但是一些营养物质也是通过大气中的尘埃提供的。

迄今为止，人们对自然海洋生态系统对大气输入的反应的理解仅限于单一的大型事件，如野火、火山爆发和极端沙尘暴。事实上，Westberry和其他人以前的研究考察了2008年阿拉斯加西南部Kasatochi岛的火山爆发后的生态系统反应。

在新的论文中，Westberry和俄勒冈州植物学和植物病理学系教授Michael Behrenfeld，以及来自UMBC和NASA的科学家在过去的研究基础上，研究了全球浮游植物的反应。

Westberry和Behrenfeld的工作重点是利用卫星数据来研究灰尘输入后海洋颜色的变化。海洋颜色图像每天都在全球海洋中收集，并报告浮游植物的丰度及其整体健康状况的变化。例如，更绿的水通常对应着丰富和健康的浮游植物种群，而更蓝的水代表着浮游植物稀少且经常营养不良的地区。

UMBC和NASA的科学家们将他们的努力集中在模拟灰尘运输和沉积到海洋表面。

"确定有多少灰尘沉积到海洋中是很难的，因为大部分沉积发生在暴雨期间，而卫星无法看到灰尘。这就是为什么我们转向了一个模型，"UMBC的Lorraine Remer说，他是由UMBC领导的财团--戈达德地球科学第二技术研究中心的研究教授。UMBC团队利用观察结果来确认NASA的一个全球模型，然后将其结果纳入研究。

通过合作，研究小组发现，浮游植物对尘埃沉积的反应因地点而异。

在低纬度海洋地区，灰尘输入的特征主要表现为浮游植物健康的改善，但不是丰度。相反，高纬度水域的浮游植物在提供灰尘时，往往显示出健康的改善和丰度的增加。这种对比反映了浮游植物和吃它们的动物之间的不同关系。

低纬度环境往往更稳定，导致浮游植物的生长和捕食之间的紧密平衡。因此，当灰尘改善了浮游植物的健康或生长速度时，这种新的生产被迅速消耗，并几乎立即转移到食物链上。在高纬度地区，由于环境条件不断变化，浮游植物和它们的捕食者之间的联系比较薄弱。因此，当灰尘刺激浮游植物的生长时，捕食者就会落后一步，浮游植物种群就会表现出健康的改善和丰度的增加。

研究小组正在继续这项研究，引入改进的建模工具，并为美国宇航局即将到来的浮游生物、气溶胶、云、海洋生态系统(PACE)卫星任务提供更先进的卫星数据做准备，其中一些数据将由UMBC设计和建造的HARP2仪器收集。

"Westberry说："目前的分析表明，海洋生物对大气输入的巨大动态范围有可测量的反应。我们预计，随着地球继续变暖，大气和海洋之间的这种联系将会改变。"