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“海洋雪”对海洋营养平衡的重要作用

 

来源:马克斯普朗克学会(MPG)                                    发布时间:2021年5月28日

 

       最近,来自马克斯普朗克海洋微生物研究所和基尔亥姆霍兹海洋研究中心等研究机构的科学家发现,海洋雪在海洋的营养平衡中起着重要的作用。相关发现已经发表在《自然》杂志上。

       低氧带是海洋中溶解在水中的氧气量很少的区域。由于大多数动物需要氧气来呼吸,因此它们不能在低氧带中生存,所以,低氧带(低含氧量区域)也被称为海洋死亡区。海洋中存在低氧带本是一种自然现象,但由于人类活动引起的全球变暖导致海洋中氧气溶解量下降,从而使海洋中的许多低氧区域在不断扩大。除了全球变暖外,氮循环的变化也会对海洋氧浓度产生有害作用。氮是动植物生长所必需的一种重要营养素,但是氮元素通常在海洋中含量较少。近些年来,由于人类在农业生产中过量使用氮肥,大量的氮素通过河流和大气进入海洋。这些额外的氮素导致浮游植物的疯长。在随后浮游植物死亡且被细菌分解的过程中,海水中的氧气被不断消耗,导致氧气浓度下降。当氧气被完全耗尽,厌氧微生物将替代好氧生物,通过氮呼吸作用将硝酸盐、亚硝酸盐和铵盐转化为氮气重新释放到大气中。在低氧带中,由于厌氧微生物‘氮呼吸'过程中的厌氧氨氧化和反硝化,导致了海洋损失了高达40%的氮。但目前对低氧带微生物参与的氮损失的过程仍知之甚少。

       在该项目中,研究人员观察到,当以海洋雪颗粒形式存在的有机物质非常丰富时,厌氧氨氧化程度相当高。他们的推测有机物中含有大量的氮素是厌氧氨反应的来源。有趣的是,厌氧氨反应细菌并不仅限分布于海洋雪中,而是大部分分布在海水中。那么这些细菌是如何找到含有氮素的海洋雪呢? 为了解开这个谜团,科学家们使用水下摄像机在秘鲁附近低氧带测量了不同深度剖面上海洋雪丰度。结果发现,厌氧氨氧化过程主要发生在小型海洋雪丰富的地方。这表明,在该过程过程中,小颗粒‘海洋雪'比大颗粒更重要。这些小颗粒在海水中非常丰富且下沉缓慢,因此它们在低氧带停留的时间更长。此外,相较于大颗粒,小颗粒中有机物的堆积更密集,因此小颗粒所输送的物质数量与大颗粒相同。这意味着从总量来说,小颗粒的海洋雪含有更多的氮素。

       这些新发现对改进地球系统模型至关重要。随着对海洋雪过程的理解,该研究中,研究人员提供了在低氧带海洋雪相关过程和氮循环之间的联系。这将有助于构建生物地球化学地球系统模型,以及更好地评估人为活动对氮循环的影响。

 

 

 

原文链接:Small "snowflakes" in the sea play a big role

编译:刘晓琳