澳洲大火之后海中浮游植物爆发增长:铁气溶胶施肥

澎湃新闻记者 刘航

2021-09-16 16:07 来源:澎湃新闻

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图片来源:杜克大学官网

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从2019年7月持续到2020年2月,澳大利亚发生了其历史上最具灾难性的山火。
根据世界自然基金会数据,多达19万平方公里的土地被烧毁,其中有12.6万平方公里为森林和灌木丛;近30亿只动物——哺乳动物、爬行动物、鸟类和青蛙在大火中失去生命或流离失所。
9月15日晚,国际知名期刊《Nature》刊登了两篇关于这场山火的影响的研究,一篇指出这场火排放的二氧化碳达7.15亿吨, 比澳大利亚正常年度火灾和化石燃料排放高80%;另一篇则强调大火对海洋生态系统的影响,表明大火排放的气溶胶很可能为数千公里外南大洋(Southern Ocean,南极洲附近的海域)的浮游生物提供了养料。
后者标题为《Widespread phytoplankton blooms triggered by 2019–2020 Australian wildfires》(2019-2020年澳大利亚野火引发广泛的浮游植物大量繁殖),通讯作者为杜克大学生物地球化学教授Nicolas Cassar,第一作者为普林斯顿大学博士后研究助理唐伟义,以及巴塞罗那超级计算中心博士后研究员Joan Llort。
该研究首次将海洋生物的大规模反应与野火产生的铁气溶胶的施肥相联系,表明,风中的烟雾和灰烬中的微小的铁颗粒在落入水中使水肥沃,为该地前所未有的大规模水华提供养分。
“科学中,有时很难将信号与噪声分开。2019-2020年的澳大利亚野火是有记录以来最严重的山火之一。根据野火冒烟的航拍照片,显然,这次毁灭性事件提供了一个了解火灾排放是否以及如何影响海洋生态系统的独特机会。”Cassar对澎湃新闻(www.thepaper.cn)记者表示。
大火与生态系统、气候之间存在复杂联系。
论文称,人类活动正在改变全球水循环和碳循环。尽管各地区面临的气候变化相关的干旱风险不同,但变暖和干燥会增加野火的发生频率和强度。
2019-2020年澳大利亚大火具有严重的生态环境影响。“野火对土地的环境和社会经济影响是众所周知的,例如栖息地和生物多样性的丧失、空气污染和公共卫生。然而,很少有研究报告火灾对海洋生态系统的影响。”唐伟义对澎湃新闻(www.thapaper.cn)记者表示。
唐伟义介绍道,此前有研究指出1997年印度尼西亚附近的珊瑚礁死亡与印尼的野火有关,也有人观察到2017年托马斯火灾期间美国加州沿海水域浮游植物群落的变化。“总的来说,有限的观察强调了进一步探索野火在地球系统中的复杂作用的必要性。”
野火不仅让大量栖息地丧失,还排放了大量大气气溶胶。气溶胶可以通过提供可溶性形式的氮、磷、铁等营养元素来影响陆地和海洋生态。
“我们从之前的研究中了解到,沙漠的沙可以为海洋生态系统提供养料,因为它们为海洋微藻提供必需的营养。最近,一些作者提出,来自燃烧源(如野火或工业)的烟和灰烬中的颗粒也含有丰富的营养,可以滋养海洋微藻。基于这一认识,我们决定密切关注火灾释放的烟雾和海洋的潜在反应。”Llort对澎湃新闻(www.thepaper.cn)记者表示。
此项工作中,研究者对 2019-2020 年澳大利亚野火如何刺激南大洋广泛的浮游植物反应进行了首次评估。
研究者根据哥白尼大气监测服务(Copernicus Atmosphere Monitoring Service)估计的黑碳气溶胶光学深度(black carbon aerosol optical depth),发现野火排放主要来自澳大利亚南部和东部,并在几天内扩展到南太平洋。澳大利亚大火期间主要火灾事件气溶胶的排放和传输轨迹   

澳大利亚大火期间主要火灾事件气溶胶的排放和传输轨迹   

“为了避免筛选问题,我们评估了流域尺度和澳大利亚野火下风向的许多小海洋区域浮游植物的反应。”唐伟义说。
研究者使用了卫星和自主生物地球化学 Argo 浮标数据来评估大火气溶胶沉积对浮游植物生产力的影响。发现,从2019年12月到2020年3月,在火灾的下风处,南大洋出现浮游植物大量繁殖。
南大洋的高营养-低叶绿素海区大多铁含量有限。一般认为,输送至此海域的铁是海洋初级生产、吸收大气二氧化碳以及在地质时间尺度上改变气候的重要驱动因素。
而澳大利亚野火的气溶胶样本含有高铁含量,大气轨迹显示这些气溶胶很可能被输送到水华地区。这表明,铁的“施肥”作用导致了水华。
这一发现引发一个有趣的新问题:野火促进了浮游植物生长,但浮游植物又能通过光合作用从地球大气层吸收大量二氧化碳。论文显示,2019年10月至2020年4月,海水中的浮游植物吸收了约186± 90百万吨碳 ,相当于澳大利亚野火二氧化碳排放量(约195 百万吨碳)的95%± 46%。气溶胶的排放与沉积以及浮游植物的响应

气溶胶的排放与沉积以及浮游植物的响应

这一数据具有高度不确定。目前,受大火影响的浮游植物群有待确定,这会对碳输出效率产生影响。
浮游植物在海洋上层通过光合作用生成颗粒有机碳(POC),并由海洋表层向深层传输,这是海洋固碳的一条重要途径。
“目前很难确定有多少藻类碳(algal carbon)被传输到深海,以及传输了多深(这将决定碳被隔离的时间)。很大一部分藻类生物可以在海洋表面呼吸,导致二氧化碳迅速释放回大气。”Cassar表示,目前尚不清楚澳大利亚大火或其他野火引发的藻类爆发所吸收的碳中,有多少储存在海洋,有多少被释放回了大气。
论文指出,2019-2020 年澳大利亚野火对初级生产、碳输出和二氧化碳交换的大规模和长期影响值得进一步研究。
“更好地理解野火如何使海水肥沃有助于更好了解全球碳收支情况,我们目前正利用这些碳收支为应对气候变化的政策提供信息。”Llort表示,“海洋中的生物反应有可能重新吸收大部分排放物,从而减轻野火对气候变化的影响。遗憾的是我们的研究中没有解决这一重要问题。不过,我们提供了有助于未来研究的证据。”
Cassar表示,这项研究有力地证明了野火的铁能给海洋增肥、可能导致浮游植物增加碳吸收。“我们需要在地球系统模型中更好地表示这个过程,以根据气候变化对野火的预计变化来了解我们的地质过去和未来。”
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责任编辑:李跃群
校对:张艳
澎湃新闻报料:4009-20-4009   澎湃新闻,未经授权不得转载
关键词 >> 澳大利亚大火,生态环境

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