斯坦福大学的研究人员表示，他们已经发现了一条水生高速公路，可以让地球腹部的营养物质迅速进入南极洲海岸的地表水，并刺激微小海洋藻类的爆炸性生长。
南大洋深处2500多米深的热液喷口喷出过热的富铁流体。像这样从深海喷口喷涌而出的铁可能会促使浮游植物在海面上大量繁殖。(图片来源:NERC/NSF Chesso财团)
他们的研究发表在6月5日的《自然通讯》(Nature Communications)杂志上。该研究表明，深海热泉(海底的开口，喷出炽热的富含矿物质的液体流)对海洋表面附近的生命和全球碳循环的影响，可能比之前想象的要大。
马修Ardyna,博士后学者和该研究的主要作者,说这项研究提供了第一手的观察铁从南大洋深处的证据通常贫血表层海水变成了热点地区的小型藻类浮游植物——维持海洋食物网,将导致温室效应的二氧化碳从空气中并产生大量我们呼吸的氧气。他说:“我们的研究表明，热液喷口的铁可以很好地上升，穿过数百英里的开阔海洋，让浮游植物在一些非常意想不到的地方茁壮成长。”
地球系统科学教授、这篇论文的资深作者凯文·阿里戈(Kevin Arrigo)称，这些发现“很重要，因为它们表明了深海和表层海洋可以多么紧密地联系在一起。”
神秘的花朵
浮游植物需要铁才能茁壮成长，而这就限制了它们在营养物质浓度较低的大片海域的丰度。但是，如果条件适宜，浮游植物也可以爆炸性地生长，在短短几天内就能在数千平方英里的范围内开花。
这是阿德纳最近注意到的，他研究了2014年和2015年在南大洋安装了光学传感器的漂浮机器人舰队记录的数据。在离南极洲海岸1300多英里和离非洲大陆1400多英里的地方，两次出乎意料的大爆发发生在一个以严重缺铁和叶绿素浓度低而闻名的地区。叶绿素是浮游植物数量的一个指标。
作为生物地球化学-阿尔戈网络(biogeochemi – argo network)的一部分，一个装有传感器的机器人浮标漂浮在极地水域，进行测量，帮助科学家回答有关浮游植物群落组成和海洋吸收二氧化碳的问题。(图片来源:P. Bourgain)
只有当铁元素大量涌入时，这个地区才有可能出现大规模的水华。Ardyna和Arrigo很快排除了海洋中最常见的来源，包括大陆架、融化的海冰和大气尘埃，因为它们太远，影响不大。
这让他们怀疑，这些营养物质一定是从海底涌出的，可能是由一串热液喷口喷出的，这些热液喷口散布在距大规模水华莫名其妙地出现的地方750英里(约合4600公里)的洋中脊上。为了帮助验证他们的假设，他们招募了一个国际合作团队，专门研究海洋学和建模的各个方面。
Ardyna说:“人们早就知道，热液喷口创造了独特而深远的生命绿洲。”直到最近，科学家们还普遍认为，这些营养作用仍然只是局部的。但是，计算机模拟海洋动力学的越来越多的证据表明，从热液喷口喷涌而出的铁和其他维持生命的元素，实际上可能在更广阔的地区助长浮游生物的大量繁殖。
然而，缺乏直接的测量。
在南大洋，部分原因是地理位置偏远、极端寒冷和波涛汹涌的海洋，这使得近距离研究或收集准确数据变得困难。“你的传感器必须在正确的时间、正确的地点才能看到这些花朵，”阿德纳说。“卫星可能低估了强度，或者完全忽略了它们，因为覆盖不良或水柱的强烈混合，这将浮游植物推到了卫星无法看到的深度。”
来自太空的线索，漂浮的机器人
为了追踪海洋中脊喷口的粒子流，科学家们分析了卫星测量叶绿素和自主的、装有传感器的浮标(称为阿尔戈浮标)的数据。当它们沿着洋流潜行和漂移时，这些浮标中的一些可以探测到叶绿素和其他浮游植物生物量的替代物。Ardyna说:“浮体为我们提供了珍贵而独特的数据，在整个年度周期中，覆盖了1000米以下水柱的一大部分。”
科学家们无法直接测量水中的铁含量，而是分析了上世纪90年代科学考察船收集的氦含量。氦的存在标志着受热液喷口影响的水域，热液喷口将大量的原始氦从地壳下吸入。
叶绿素、浮游植物和氦的数据表明，环绕南极洲的一股强大的洋流从喷口中吸收养分。水流湍急、快速流动的两支支流将营养物质向东输送一两个月，然后像宴请营养不良的浮游植物一样把它们送上餐桌。地球科学的唐纳德和唐纳德m斯蒂尔(Donald M. Steel)教授阿里戈(Arrigo)说，随着浮游植物光合作用所需的春季阳光的到来，这种释放引发了大规模的浮游植物爆发，很可能吸收和储存了大气中的大量碳。
随着时间的推移，这些花会向东流向环绕南极洲的洋流，并随着海洋生物的吞噬而逐渐消失。“我们怀疑这些热点要么被消耗掉，要么被出口到深水区，”阿德纳说。
每一次水华都只持续一个多月，但引发水华的机制在全球海洋中可能比科学家们此前猜测的更为常见。
阿德纳说:“海底到处都是热液喷口。了解它们将营养物质带到地表水的途径，将有助于研究人员对全球海洋中的碳流动做出更准确的计算。“要揭示其他潜在的热点，量化这一机制如何改变碳循环，还有很多工作要做。”
Arrigo也是斯坦福生物x的成员和斯坦福森林环境研究所的附属机构。阿德纳还隶属于法国索邦大学和法国国家科学研究中心(CNRS)。联合作者隶属于索邦大学、法国国家研究中心、加拿大拉瓦尔大学、英国利物浦大学、德国阿尔弗雷德·魏格纳研究所和法国图卢兹大学。
这项研究得到了国家空间研究中心、欧盟地平线2020计划、欧洲研究理事会、法国巴黎银行、法国极地研究所(IPEV)、索邦大学和国家科学基金会的支持。
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