科学家称，北冰洋正在发生“政权转变”

斯坦福大学的科学家在北冰洋发现了一种令人惊讶的变化。浮游植物(鲸鱼和北极熊覆盖的食物网底部的微小藻类)的爆发极大地改变了北极地区将大气中的碳转化为生物物质的能力。在过去的十年里，海冰的激增已经取代了海冰的减少，成为浮游植物吸收二氧化碳变化的最大驱动因素。这项研究发表在7月10日的“科学”杂志上。资深作者、斯坦福大学地球、能源与环境科学学院(Stanford Earth)教授凯文·阿里戈(Kevin Arrigo)表示，浮游植物生物量的影响力越来越大，可能代表着北极制度的重大转变，因为北极地区的变暖速度比地球上其他任何地方都快。

这项研究的中心是净初级生产量(NPP)，这是一种衡量植物和藻类将阳光和二氧化碳转化为其他生物可以食用的糖的速度的指标。阿里戈说，就生态系统的其余部分有多少食物而言，费率真的很重要。这也很重要，因为这是二氧化碳从大气中排出进入大气的主要途径之一。

Arrigo和他的同事发现，1998年至2018年间，北极的NPP增长了57%。对于整个大洋盆地来说，这是一个前所未有的生产力跃升。更令人惊讶的是，尽管NPP的增加最初与海冰的消退有关，但即使在2009年左右融化速度放缓后，生产力仍在继续攀升。Arrigo说，过去十年NPP的增加几乎完全是由于最近浮游植物生物量的增加。

换句话说，这些微小的藻类曾经在北极地区代谢更多的碳，仅仅是因为它们在更长的生长季节获得了更多的碳，这要归功于气候驱动的冰盖变化。现在，它们变得越来越浓缩，就像变稠的藻类汤一样。

该研究的主要作者、斯坦福大学地球系统科学系博士生凯特·刘易斯(Kate Lewis)说，在给定的水量下，每年都能生长出更多的浮游植物。她是这项研究的主要作者，在斯坦福大学地球系统科学系攻读博士学位时参与了这项研究。这是北冰洋第一次报道这种情况。

浮游植物需要光线和营养才能生长。但是，这些成分在整个水柱中的可用性和混合程度取决于复杂的因素。因此，尽管北极的研究人员观察到浮游植物的繁殖在近几十年里进入超速状态，但他们一直在争论这种繁荣可能会持续多久，可能会攀升到多高。

通过收集大量北冰洋的新海洋颜色测量数据，并建立新的算法来估算浮游植物的浓度，斯坦福大学的研究小组发现了一些证据，表明产量的持续增长可能不再像人们曾经怀疑的那样，受到稀缺营养物质的限制。唐纳德和唐纳德·M·斯蒂尔的地球科学教授阿里戈说，现在还为时尚早，但看起来现在已经转向更多的营养供应。

研究人员假设，新的营养物质正从其他海洋涌入，并从北极深处席卷而来。刘易斯说：我们知道北极在过去几年里增加了产量，但似乎这个系统只是在回收相同的养分储备。我们的研究表明事实并非如此。随着新的营养物质进入这片海洋，浮游植物年复一年地吸收更多的碳。这是意想不到的，而且有很大的生态影响。

研究人员能够从卫星传感器和研究巡航对绿色植物色素叶绿素的测量中提取出这些见解。但由于北极地区光线、颜色和生命的不同寻常的相互作用，这项工作需要。阿里戈解释说，北冰洋是世界上最难进行卫星遥感的地方。那些在世界其他地方都有效的算法--通过观察海洋的颜色来判断那里有多少浮游植物--在北极根本不起作用。

困难的部分原因是大量流入的茶色河水，携带的溶解有机物被遥感器误认为是叶绿素。额外的复杂性来自于适应北极极低光线的不同寻常的方式。刘易斯说，当你在北冰洋使用全球卫星遥感算法时，你的估计结果会出现严重错误。

然而，刘易斯说，在世界上最极端的环境之一，这些遥感数据对于了解整个洋盆的长期趋势至关重要，在这种环境中，一次直接测量NPP可能需要破冰船上的一组科学家24小时不间断地工作。她煞费苦心地整理了几组海洋颜色和NPP测量数据，然后使用编译好的数据库建立了适应北极独特条件的算法。数据库和算法现在都可供公众使用。

这项工作有助于阐明气候变化将如何塑造北冰洋未来的生产力、食物供应和吸收碳的能力。阿里戈说，将会有赢家和输家。一个生产力更高的北极意味着更多的动物有更多的食物。但是，随着冰川的消退，许多已经适应了极地环境的动物发现生活变得更加困难。

浮游植物的生长也可能与食物链的其余部分不同步，因为冰在今年早些时候融化。此外，随着北极水域的开放，可能会有更多的航运交通，而且北极实在太小了，无法从世界的温室气体排放中占据太多份额。阿里戈说，现在它吸收的碳比过去多得多，但我们不能依靠它来帮助我们摆脱气候问题。更多信息：K.M.刘易斯等人：现在，浮游植物浓度的变化推动了北冰洋初级生产力的增加，“科学”(2020)。.org/cgi/doi…。1126/Science.aay8380。

“气候变化调整北极海洋生态系统”，“科学”(2020)。.org/cgi/doi…。1126/Science.abd1231