为什么阿尔卑斯山的雪变红了

2021-08-09 06:03:32

法国阿尔卑斯山上越来越多的彩色雪块可能是气候变化对山区产生影响的一个迹象。在宁静的山腰上遇到这种景象令人震惊,令人眼花缭乱。在春末夏初,在法国阿尔卑斯山徒步足够高,您很有可能会在灰色的石灰岩和矮小的植被丛中遇到一些相当奇怪的雪块。这雪不是白的,而是血红色的。这种奇特的现象——有时被称为血雪——是生长在高山雪中的微小藻类产生的防御机制的结果。通常,这些微藻呈绿色,因为它们含有叶绿素,这是大多数植物产生的色素家族,可帮助它们从阳光中吸收能量。然而,当雪藻大量生长并暴露在强烈的太阳辐射下时,它们会产生被称为类胡萝卜素的红色色素分子,作为遮阳板来保护它们的叶绿素。虽然红雪藻早已为人所知(在 1819 年出版的一本书中提到它是在 1818 年的北极探险中发现的),但它仍然沉浸在科学家们试图解开的谜团中。就在两年前,捷克共和国布拉格查尔斯大学的植物学家发现了一种全新的微藻属,它是导致世界不同地区出现红色和橙色雪的原因,他们将其命名为“Sanguina”,以参考它们产生的血红色。研究人员在欧洲、北美、南美以及两个极地地区发现了导致红色雪样的血红藻形式。在斯瓦尔巴群岛还发现了一种导致不寻常的橙色雪的 Sanguina 物种。不过,它并不是唯一一种导致红雪的微藻。其他几种类型,例如雪花衣藻和一种生长在南极企鹅群落附近的藻类,称为多翅目绿单胞菌,也会产生色素以产生红色和粉红色的雪。但是,更多地了解红雪藻的意义远大于简单地解释阿尔卑斯山和两极附近存在奇怪颜色的斑块。它的出现和消失是气候变化以及它如何影响发现藻类的脆弱生态系统的重要标志。

根据位于波茨坦的德国地球科学研究中心界面地球化学教授 Liane G Benning 的说法,由于全球变暖,红雪变得越来越普遍。 “大气中二氧化碳含量的上升会提高温度,从而导致更多的雪融化,”她说。 “雪上有液态水的那一刻,藻类就开始生长。”越来越多的红雪藻也可能导致气候变化。红色颜料使雪面变暗,减少了它反射回太空的光和热量——这就是所谓的反照率效应。通过吸收更多的太阳热量,雪融化得更快,使藻类进一步增殖。 “有一种失控的效果,藻类融化了它们喜欢的栖息地,”本宁说。 “就好像他们在摧毁自己的房子一样。”在更广泛的范围内,有色雪吸收的额外热量可以改变更广泛环境的温度,加速积雪和冰川的融化。一项研究估计,在一个融化的季节里,红色藻华可以将积雪反照率降低 13%,这表明它在气候变化的影响如何在山区环境中被放大方面发挥着重要作用。研究表明,从南极洲到喜马拉雅山再到北极,世界各地的冰川上都会出现红藻大量繁殖。因此,像 Benning 和法国格勒诺布尔细胞与植物生理学实验室主任 Eric Maréchal 等科学家急切地想要回答的一个问题是,红雪藻华是否正在变得更加普遍和发生得更加频繁。这样做的一种方法是使用卫星图像来研究红雪的反照率降低效果。一项使用卫星图像的研究显示,2017 年 1 月,26% 的雪因藻类而变暗。尽管几乎没有广泛的数据表明红藻是否在全球范围内变得越来越普遍,但 Benning 和 Maréchal 都认为,随着地球变暖,它们会更频繁地发生,在科学家们试图估计这些影响时,需要考虑到这一点是。但即使抛开它们在气候变化中的作用,科学家们也在揭开围绕红雪的其他谜团。

Maréchal 和他的同事最近发现,红雪藻似乎只在法国阿尔卑斯山 2,000m(6,562 英尺)以上的海拔处生长,并且在 2,400m(7,874 英尺)附近特别繁盛。根据 Maréchal 的说法,由于这些高度存在的积雪的数量、质量和寿命,在高海拔地区发现了 Sanguina 藻类。令人费解的是,迄今为止,科学家们未能在实验室中在真正的雪上种植这些藻类。 “正是出于这个原因,研究人员需要收集尽可能多的样本以进行更精细的研究,”Maréchal 说。今年 6 月,在最近对法国东南部上阿尔卑斯的劳塔雷山口进行的为期两天的探险中,Maréchal 和他的同事在由五个致力于研究山地藻类的法国研究所组成的 ALPALGA 财团中收集了他们 2021 年的第一批样本。然而,与往年不同的是,雪没有典型的红色。相反,它以赭黄色为主。他们认为,黄色是由于雪上的沙子干扰了藻类赋予的颜色。虽然不是一个不寻常的现象,但今年很特别,因为强风将大量的撒哈拉沙带到了阿尔卑斯山的高地。 “这为我们提供了一个很好的机会来评估沙子与雪藻生长之间的关系,”Maréchal 说。 “通过分析这些颗粒,我们将尝试确定沙子是否提供养分、金属或任何可能对藻类生长产生积极或消极干扰的特定元素。”该团队希望扩大他们的理解范围,以了解雪中的铁含量和酸度水平如何影响红藻的生长。他们还在研究与雪藻一起生活的其他微生物和动物是否可能发挥作用。

根据 Maréchal 的说法,对 6 月份收集的新样本进行的首次测试表明,存在带有藻类细胞的单细胞动物,称为浮游动物。虽然通常与海洋和湖泊联系在一起,它们构成了食物链的关键元素,但浮游动物也可以在冰川和积雪的融水中生存。他们的研究正在帮助构建一幅图景,尽管雪可能看起来是惰性的,但实际上它充满了生命。 “当降雪时,它经常会捕获人为和自然产生的矿物质和元素,如氮和磷,”本宁说。然后雪藻可以以这些为食,而雪中的细菌也与藻类形成营养关系。 “在这个生态系统中,雪藻是主要生产者,”本宁说。 “当它们开花时,它们进行光合作用,消耗营养,同时产生糖和其他成分等废物,这些废物可能成为细菌和其他微生物的食物。”根据 Maréchal 的说法,藻类只需要二氧化碳和光,似乎构成了一个更复杂和成熟的生态系统的基础,该生态系统涉及细菌、真菌和单细胞动物细胞,如浮游动物。但是,虽然这些彩色雪块随着生命而蓬勃发展——但它们的寿命也很短,一年中只出现几周。当天气再次变冷时,颜色就会消失,雪又恢复到通常的白色。这提出了一个有趣的问题——红藻在冬天究竟发生了什么?

“一种理论是它们进入休眠状态,并在冻结时变得几乎透明,”本宁说。 “当不再需要它时,它们会失去色素沉着,因为这是一个消耗能量的过程。”虽然红色素每年都会随着春末夏初的阳光和炎热而回归,但本宁和她的科学家们将密切关注雪上的污渍,看看它们还能教给我们什么。通过在 Facebook 上点赞我们,或在 Twitter 或 Instagram 上关注我们,加入一百万未来的粉丝。如果您喜欢这个故事,请注册每周 bbc.com 专题通讯,称为“基本清单”。从 BBC 未来、文化、工作生活和旅行中精心挑选的故事,每周五发送到您的收件箱。