科学家开始揭示大气尘埃在滋养海洋中的全球作用

由俄勒冈州立大学科学家领导的新研究开始揭示尘埃在滋养全球海洋生态系统方面的作用，同时有助于调节大气中的二氧化碳水平。

研究人员早就知道，浮游植物是生活在海洋上部的植物性生物，是海洋食物网的基础，它们依靠陆地来源的灰尘来获取关键营养。但是，尘埃的影响程度和程度，由来自土壤等来源的颗粒组成，这些颗粒被风吹起并影响地球气候，在全球范围内很难估计。

俄勒冈州立大学海洋学家托比·韦斯特伯里(Toby Westberry)说：“这确实是第一次使用现代观测记录和全球范围表明，沉积在海洋上的尘埃携带的营养物质正在表层海洋生物学中产生反应，”俄勒冈州立大学海洋学家托比·韦斯特伯里(Toby Westberry)说。

海洋在碳循环中发挥着重要作用;大气中的二氧化碳溶解在地表水中，浮游植物通过光合作用将碳转化为有机物。一些新形成的有机物从表层海洋沉入深海，在那里被锁定，这条路径被称为生物泵。

在新论文中，韦斯特伯里和来自俄勒冈州的其他科学家;马里兰大学巴尔的摩县分校;美国宇航局戈达德太空飞行中心估计，尘埃沉积支持全球年出口碳产量或碳汇的4.5%。他们发现，这种贡献的区域差异可能要大得多，接近20%至40%。

“这很重要，因为它是将碳从大气中取出并进入深海的途径，”Westberry说。“生物泵是对大气二氧化碳的关键控制之一，二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水到地表的物理运动提供的，这一过程称为混合或上升流。但一些营养物质也是通过大气尘埃提供的。

迄今为止，对自然海洋生态系统对大气输入的反应的了解仅限于野火、火山爆发和极端沙尘暴等特殊大型事件。事实上，Westberry和其他人之前的研究检查了2008年阿拉斯加西南部卡萨托奇岛火山爆发后的生态系统反应。

在這篇新論文中，Westberry和俄勒岡州植物學和植物病理學系教授Michael Behrenfeld以及UMBC和NASA的科學家以過去的研究為基礎，研究了全球浮游植物的反應。

Westberry和Behrenfeld专注于使用卫星数据来检查尘埃输入后海洋颜色的变化。每天在全球海洋中收集海洋彩色图像，并报告浮游植物丰度及其整体健康状况的变化。例如，较绿的水通常对应于丰富和健康的浮游植物种群，而较蓝的水域代表浮游植物稀缺且经常营养不良的地区。

UMBC和NASA的科学家将精力集中在模拟尘埃运输和沉积到海洋表面。

“确定有多少尘埃沉积到海洋中是很困难的，因为大部分沉积发生在暴雨期间，当时卫星看不到尘埃。这就是为什么我们转向一个模型，“UMBC的Lorraine Remer说，他是戈达德地球科学技术与研究中心II的研究教授，这是一个由UMBC领导的财团。UMBC团队在将其结果纳入研究之前，使用观察结果来确认NASA的全球模型。

研究小组共同努力，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，尘埃输入的特征主要被视为浮游植物健康的改善，而不是丰度。相比之下，高纬度水域的浮游植物在提供灰尘时通常表现出改善的健康状况和增加的丰度。这种对比反映了浮游植物与食用它们的动物之间的不同关系。

低纬度环境往往更稳定，导致浮游植物生长和捕食之间的紧密平衡。因此，当灰尘改善浮游植物的健康或生长速度时，这种新的产品被迅速消耗，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，浮游植物与其捕食者之间的联系较弱。因此，当灰尘刺激浮游植物生长时，捕食者落后一步，浮游植物种群表现出改善的健康和丰度的增加。

研究小组正在继续这项研究，引入改进的建模工具，并为NASA即将进行的浮游生物，气溶胶，云，海洋生态系统(PACE)卫星任务的更高级卫星数据做准备，其中一些将由UMBC设计和建造的HARP2仪器收集。

“目前的分析表明，海洋生物对大气输入的巨大动态范围做出了可测量的反应，”Westberry说。“我们预计，随着地球继续变暖，大气和海洋之间的联系将发生变化。

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