《SCIENCE:沉入海洋的“海洋雪”有机颗粒正以高速率分解》

  • 来源专题:中国科学院文献情报系统—海洋科技情报网
  • 编译者: liguiju
  • 发布时间:2020-03-13
  • 近期刊登在《科学》(Science)期刊上的一项研究成果表明,被称为“海洋雪”的下沉有机颗粒正在海洋中以高速率分解。目前造成这种破坏的原因尚不清楚,但它对大气和海洋中的二氧化碳有重要影响。“海洋雪”即以像雪一样的粒子从水中落下的视觉效果命名,可以下沉到深海并在那里储存碳数百年或更长时间。然而,科学家们观察到在海洋表面形成的约70%的海洋雪在到达深海之前就消失了。大约一半的有机物被浮游动物和细菌等微生物消耗掉,另一半是如何转变的尚不清楚。人们怀疑这种海洋雪正在碎裂成更小的颗粒,这些颗粒不会沉入深海,但是测量这种细小颗粒存在一定阻碍。

    研究人员在海洋剖面仪机器人上安装光学传感器来探测海洋雪和较小的不会下沉的粒子。24个水下机器人在海洋中上下移动,产生了数千个粒子测量值,用来帮助研究人员研究海洋雪粒子的损失和较小碎片的外观。观察表明,粒子确实在以很高的速度分裂。事实上,破碎的速度大致等于之前测量的粒子消耗过程。这有助于解释以前测量的差距,并表明一个以前未测量的过程碎片化过程可能是阻止海洋雪碳封存的最重要的原因。造成这种分裂的原因有各种各样的可能性,从浮游动物分解海洋雪的速度快于它们实际消耗的速度——可能是作为一种战略,以避免它下沉到无法触及,到海洋雪粒子脆弱到没有任何外界影响就能分解。未来研究可以解决这个问题,增加我们对海洋吸收二氧化碳的了解,并可能提高我们预测未来海洋吸收二氧化碳的能力。

    (刘思青 编译)

  • 原文来源:https://noc.ac.uk/news/previously-hidden-process-limits-oceans-capacity-absorb-carbon-dioxide
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    • 来源专题:中国科学院文献情报系统—海洋科技情报网
    • 编译者:liguiju
    • 发布时间:2021-01-19
    • 近日,《科学》(Science)杂志发表了美国加州大学圣塔芭芭拉分校M. R. Raven研究组的最新研究成果。该研究揭示了海洋沉降颗粒物中微生物硫酸盐还原作用和有机硫化物的形成。据介绍,气候变化推动海洋缺氧地带扩大,同时也可能会改变全球碳、硫、氮和金属微量元素循环。但当前人们对缺氧如何影响有机碳循环和沉积机理尚缺乏全面的了解。 本此研究不仅报道了发生在热带太平洋东部缺氧区(ODZs)沉降颗粒物中微生物硫酸盐还原作用,还介绍了微生物硫酸盐还原作用形成的硫化物迅速反应生成耐酸水解有机硫的过程。发生在颗粒物中的硫化作用可以增强缺氧地带水柱下沉物中碳的保留,并在不断扩大的缺氧带和大气CO2之间形成稳定的相互作用。类似的机制可能有助于解释地球历史中与海洋缺氧事件有关的更极端的有机碳保存事件。 占全球海洋0.35%的热带太平洋东部地区和阿拉伯海的缺氧区(ODZs)目前正在迅速扩大,这是对人为气候变暖的明显反应。ODZs海水中溶解的O2浓度通常低于?1 μM,甚至为零。在没有充足O2的情况下,动物很难在ODZs存活,而微生物则只能依靠硝酸盐、铁铁和硫酸盐等化能合成作用生存。正常情况下,只有在局部消耗了硝酸盐等能量更强的电子受体时,才有望发生微生物硫酸盐还原(MSR)反应。然而新的分子和地球化学证据表明,在ODZs中即使存在大量溶解硝酸盐,MSR仍可能发生。活跃的MSR在ODZs可以从根本上改变其他元素的生物地球化学循环,因为其产生的任何硫化物都可以与金属和有机物迅速发生反应,这一过程被称为硫化作用。地质历史时期发生了多次海洋脱氧事件,如白垩纪海洋缺氧事件,而硫化反应可能是海洋可溶痕量金属和全球大气CO2潜在的重要汇积方式。尽管如此,我们仍不清楚MSR是否是ODZs生物地球化学的主要贡献者,以及它影响沉积物有机碳通量的机理。 在现代ODZs中,海洋沉降颗粒物承载的微生物硫酸盐还原作用和硫化作用在时间和空间上都具有明显的差异性,这使得人们无法估算其对全球范围内有机碳过早埋藏产生的影响。但是,人们希望通过扩大的ODZs来增大海洋颗粒承载的硫化作用规模,从而起到更好的碳固定作用,降低大气中CO2含量,较少全球温室效应。未来使用这种采样方法进行的研究将使我们能够量化全球范围内颗粒承载的MSR和OM硫化的规模和环境敏感性。 (傅圆圆 编译)
  • 《海洋生物对海洋变化的适应性研究》

    • 来源专题:中国科学院文献情报系统—海洋科技情报网
    • 编译者:mall
    • 发布时间:2019-02-18
    • 美国加州大学圣地亚哥分校斯克里普斯海洋研究所的研究人员报告了20年前发生的一个事件导致南极洲一角发生严重生态剧变的事件及后果,研究探讨了海洋生物适应突然变化的能力。 麦克默多湾是美国一个研究基地的所在地,也是世界上最南端的海洋生物栖息地。它的东面是一个大岛,西面是南极大陆,南面是罗斯冰架。这个大陆架的海冰通常在夏天沿着湾的东侧断裂。 由于洋流的对比,湾的东西两侧有不同的海底生物群落。东南侧有火山的湾区主要是海绵和称为苔藓虫的无脊椎动物,而西侧靠近新港口的两个研究地点处的泥泞海底发现的生物则与深海有机体相似。 在20世纪60年代和70年代,Paul Dayton教授和其他研究人员广泛研究了底栖动物。研究人员建立了人工基质—无脊椎动物可以附着在其上生长的表面。他们安装了在木桩上或悬浮在浮筒下的树脂玻璃板的阵列,通过将一些阵列抬离海底,科学家们可以观察到无脊椎动物,如海绵,是如何在较少暴露于自然底栖捕食者和竞争对手的情况下生存的。这些基质一直保留到今天,并定期对研究人员开放回访。 Dayton的一次回访发生在2010年。十年前,冰山从罗斯冰架上脱落,阻断了正常的水流,把食物带到麦克默多湾。冰盖使湾区的一部分在一年中的某一段时间暴露在阳光下,并在几年内陷入黑暗。在这一时期的相关发展中,变暖条件导致冰川融化和径流增加,以及冰架底部的融化。显然,融化的冰释放出大量的铁,这些铁被束缚在冰中(铁是某些光合浮游植物的重要营养物质)。 2016年的一项研究报告称,1990年至2010年期间,在西湾最南端的研究地点三文鱼湾(Salmon Bay)上方的一个相对较小的冰川发生了一场大洪水。洪水开辟了一条通向大海的新航道,将海滩埋在近一米厚的砾石下,并在研究人员建立的一个水下实验场地上沉积了近两英尺厚的沉积物。在航空和卫星拍摄的冰川照片中,几乎没有融化的迹象,但释放出大量内部融化的水。 Dayton提到,这一观测结果显示了冰川融化的复杂性,这不能仅仅通过空中测量来评估。在这种情况下,几乎所有的生物体都被海湾上大量的沉积物掩埋和杀死,这为生态学家提供了一个研究生态群落如何恢复的机会。 Dayton和他的同事在2016年的第二篇论文中报告了几十年前悬浮在底部以上的人工表面上的显著变化。它们实际上已经25年没有生物活动了,但是在20世纪90年代末到2000年,在冰山从罗斯冰架上脱落后,它们突然被生长缓慢的海绵所覆盖。到2010年,所有的玻璃板由于海绵的重量都发生了沉降,与此同时巨型冰山阻挡了整个湾区。 麦克默多湾的另一面也存在差异。在这里,70年代中期在新港建立了软底生境的基线横断面,到80年代没有观察到任何重要的变化。对20世纪70年代的横断面进行详细的重新测量后显示出了一些变化,如蛤蜊、沉积物喂养的海胆和海星等滤食动物几乎消失了。这些无脊椎动物被认为是依靠水柱中较大的浮游植物颗粒作为食物,而被其他物种取代,例如一些多毛蠕虫和食用微小浮游植物的苔藓虫。 这些变化都与正常的海洋运输系统被冰山阻塞有关系。作者认为,这改变了那里生物所能获得的营养物质的性质。生态系统中铁的增加,使浮游植物的大小分布从蛤和海胆所需的相对较大的颗粒转变为多毛类消耗的非常小的颗粒。Dayton推测,随着气候变暖和冰雪条件的开放,早期的分布和丰度模式将回归。 这些研究为未来的生态学家提供了一套完全独特的长期数据,使他们能够评估由于海洋和冰环境的变化而导致的许多预期变化,这种理解可以作为未来几十年保护工作的基础。 (王琳 编译)