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《科学画报》

开博时间:2016-07-01 14:43:00

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全球浮游植物数量剧减之谜

2012-10-29 10:59:52

/李天新

海洋中的浮游植物为地球上的动物提供一半的营养。遗憾的是,有数据表明,它们的数量自1950年以来急剧减少。

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用玻璃瓶装满海水,你可能看不到其中的任何生物。换用一张细网过滤一些海水,然后置于显微镜下,满眼都是游动的动物和植物。这片微观生物世界对地球上的生命至关重要。

 

海洋中的浮游植物为生活在这个星球上的动物提供一半的营养。从小虾到巨鲸,几乎每种生活在海洋里的生物的生计最终都要依赖浮游植物,生活在陆地上的许多生物也是如此。全世界30亿人的部分食物来源是海洋生物。

 

简言之,浮游植物是地球生命支持系统的重要组成部分。如果浮游植物减少,将直接威胁地球生物圈中许多生命的生存。在厄尔尼诺事件发生期间,东太平洋的浮游生物数量急剧跌落,给当地的生态系统带来巨大影响。对此,海洋学家鲍里斯·沃姆深有体会。他在厄尔尼诺事件发生期间前往加拉帕戈斯群岛,看到那里发生了巨大的变化,所有的海狗变得皮包骨头,而且还有很多死鸟。

 

结果令人震惊

 

沃姆一直致力于研究海洋生态系统。综合诸多数据,沃姆领衔的研究小组于2010年公布了他们研究全球浮游植物数量的结果:自1950年以来,全球浮游植物数量急剧下降。这样的结果在令人震惊的同时,也引起了部分研究人员的质疑。毕竟,在如此长的时间跨度里,几乎没有人发现浮游植物数量在下降。试问,在卫星监测下,我们怎会长时间错过这一巨大变化呢?

 

事实上,估算海洋中浮游植物的数量并不容易。它与研究雨林或草原不同,雨林或草原中植物的生长情况相对容易测量。但是,多数浮游植物个头极小,即使在显微镜下都很难看到。科学家们通常利用海洋的绿色程度,估算浮游植物的数量。因为海水越绿,浮游植物的数量越多。

 

现在,卫星能够直接监测海洋的绿色程度。尽管第一个能够担当此任的卫星早在1979年就已进入轨道工作,但是,卫星连续监测海洋绿色程度的记录始于1997年。这些数据尚不足以提供海洋绿色程度的长期变化情况。想要了解这一长期变化,需要收集通过传统方式得来的数据。

 

传统方式之一是采集海水样品,采用分光光度计测量它的绿色程度。此外,海洋学家大多依赖一个简易仪器——塞氏盘。它是一个黑白两色相间的圆铁盘,在圆盘的中心孔穿一根细绳。把圆铁盘放入海水中,直至看不到圆铁盘上的黑白界限,记录此深度,即可知道海水的浑浊度,以此推断浮游植物的数量。

 

沃姆的研究小组找来50万份塞氏盘的数据。他们剔除近海的数据,因为这些数据可能受到近海沉积物的影响而不准确。他们还考虑到,浮游植物在海洋中的分布受到季节的影响,是不均匀的。排除这些干扰后,他们才开始计算浮游植物的长期变化情况。

 

结果出来了,18992008年,浮游植物的数量平均每年比上一年减少1%,自1950年以来,全球浮游植物的数量已下降40%。而且,此次下降的范围是全球性的,分析表明,地球上80%海域的浮游植物数量都在下降。当然,不同海域的下降水平是不同的。下降最为明显的是极地和热带海域。这个数字令人震惊,起初,就连沃姆的研究小组成员都不敢相信。事实上,他们两次核查数据,都找不到错误。

 

元凶难辞其咎

 

什么导致浮游植物数量大幅下降呢?浮游植物的数量由它们生长的速度和它们被海洋动物吃掉或病毒杀死的速度决定。海洋食物链的变化会影响浮游植物的数量。海洋中的小鱼越少,以吃浮游植物为食的浮游动物越多。所以,从理论上讲,捕鱼业也会影响浮游植物的数量。不过,目前这些生态影响很难研究透彻。

 

但是,我们可以从浮游植物的营养来源入手进行分析。我们知道,浮游植物的生长受到肥料的限制,肥料包括重要的营养元素,比如氮、磷和铁。肥料大多来自下层海水。当风暴搅动海水,下层海水上涌到上层,为上层海水带来丰富营养。厄尔尼诺事件发生期间,下层海水的上涌活动减少,浮游植物的数量相应减少。所以,即使是在同一海域,浮游植物的数量总在变化中。不过,就整个地球来说,这些变化相互抵消,总的浮游植物产量变化不大。沃姆的研究结果令人震惊的根本在于,总的浮游植物的数量在下降。

 

沃姆第一想到的可能原因是全球变暖。超过90%的地球热量被海洋吸收。虽然海洋表层水温上升,加快浮游植物的生长,但是,这并不意味着能够带来丰富的产量。当表层海水变得温暖,它们的密度减小,这样,较冷的富含营养的下层海水无法上涌到表层,意味着肥料减少。如果浮游植物没有营养,即使水温合适,它们也无法生长。所以,总的来说,较高的水温会减缓浮游植物的生长。

 

海洋学家们几乎一致同意,全球变暖将减少浮游植物的数量。但是,他们没有想到的是,按照沃姆的结果,浮游植物数量减少的幅度和范围如此之大。有的生态学家甚至怀疑这个结果。不过,沃姆确实拥有一批支持他的观点的科学家。美国伍兹霍尔海洋研究所的斯科特·多尼说,多个气候模型的预测结果显示,浮游植物的数量在减少。

 

美国加利福尼亚大学圣芭芭拉分校的大卫·西格尔认为这个结果可能是真的,但是还需要很多的工作确认下降程度如何。他根据一组13年的卫星彩色图像数据分析,全球变暖导致热带地区浮游植物数量明显下降。这一结果目前尚未发表。“从目前我们已知的,我们已经看到浮游植物数量在下降。”沃姆说,“只是,下降的程度和下降地区的细节,我们还在研究中。”

 

现有的研究表明,虽然全球浮游植物数量下降的程度和原因还是个谜,但是,海水升温的确会导致浮游植物数量下降。浮游植物是海洋食物链中重要的一个环节。它们数量的下降势必影响整个食物链,进而破坏海洋生态系统。考虑到过度捕捞、海洋污染、二氧化碳浓度上升引起的海洋酸化、海水变暖引起的海洋脱氧,很难预测未来海洋生命的命运。如何挽救这个局面?一方面,持续监测全球浮游植物;另一方面,尽我们所能,控制海水升温,这又回到人类现阶段的共同目标——采取有效措施以减缓全球变暖。

 

 


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