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    海洋奇妙物語丨今日海底小雪,4-5℃

    時間:2022/03/18

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    70.8海洋媒體實驗室


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    70.8 海洋奇妙物語


    海洋代言人帶你

    探索地球上70.8%的海洋世界


    本期作者


    何彩妮

    廈門大學2020級本科生,廣告學專業


     



    前幾天,廈門的朋友們收到了冬天的最后一份驚喜:#廈門下雪#。


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    2022年2月19日,廈門同安區軍營村出現“雨夾雪”

    (圖源@來個麥旋風)


    undefined圖片


    (圖源@廈門廣電)

    近日,廈門氣溫驟降,部分地區高空中的水汽遇到強冷空氣,凝結成雪,在低空出現小雪飄落的景象。



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    (圖源@廈門廣電)

    立春后的這波“倒春寒”帶來了雨中小雪,雖然不足以堆一只冰墩墩,但依舊令南方的朋友們激動不已。不過,小伙伴們可能還不知道,島外的大海深處,終年都在“下雪”


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    深海也會“下雪”?

    (圖源:NOAA)



    1951年,一群海洋學家在日本北部的深海經歷了一場“大雪”,探照燈之下,舷窗外是一幅奇妙的景象:無數的“雪花”在寂靜中紛紛揚揚……


    此情此景猶如陸上的冬日飄雪,而這一場顆粒風暴被他們首次描述為“海雪”(Marine Snow)。



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    海雪

    (圖源:紀錄片《水下中國》)



    #1  一年四季下海雪

    海里的“雪”是什么?


    取一片海雪緊緊覆蓋于掌心,然而,它不會消融——因為海雪并非寒冷的結晶,也不代表冬季的浪漫。倘若再把鼻子湊近一聞,你會發現:海雪來自于海洋生物的糞便,甚至,它們的尸體。


    海雪是指海洋中肉眼可見的尺寸大于500微米的顆粒物,與真正的雪花不同,海雪在顯微鏡下并沒有展示出任何嚴格的晶體排布,因為后者的形成好比是拿膠水將東西粘起來:


    海雪形成于“聚合”,

    需要“粘合劑” 和“粘合物”


    粘合劑主要來自于海洋表層浮游植物產生的胞外多聚物——一種含有高濃度碳的黏性物質,屬于有機質。


    粘合物來源則更為豐富:已死或將死的動植物(浮游生物、游泳生物等)殘骸、細菌、糞便顆粒等有機質,以及礦物泥沙等無機物

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    硅藻

    (圖源:網絡)


    初長成的海洋“雪片”如同蜘蛛網一般,顆粒很容易粘附其上,一旦結合了較重的顆粒,聚合物便開始下沉。沿途,海雪中的大部分有機物將被海洋微生物利用而被消耗,另一方面,海洋生物產生的糞便顆粒又反過來貢獻了一部分海雪。實際上,到達海底的海雪已經歷了多次重組


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    海洋的"雪花"也許不像真正的雪花那么美麗,但它們更加多樣

    (圖源:Marine Madness)


    海雪遍布海洋深處,發生在一年四季。然而,如果你想在海底堆雪人,建議春季訂票。在溫度和光照適宜的春季,光合作用強烈,海表生產力旺盛,浮游生物進入繁盛時節,黏合劑和黏合物隨之增加,這個時候,海洋深處將進入郁郁雪季

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    (圖源:網絡)


    #2  落入深海的甘霖

    作為食物源的“雪”


    海洋200米以深的暮光區(Twilight Zone),陽光難以透入,海洋植物無法進行光合作用,這里猶如饑餓的荒漠。游走于此,你甚至可以偶遇吸血鬼……吸血鬼魷魚。不過,雖然它的名字有殺手的氣質,但它幾乎頓頓吃海雪。之所以會這樣不堪,是因為貧瘠的深海缺乏獵物,而所謂的“鯨落”和“鯊掉”,只不過是罕見的深海盛宴,在清貧的日子里,它只能靠海雪維生。


    同樣以海雪為食的還有海綿動物、海參、水母、鰻魚等濾食性動物


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    一只深海吸血鬼魷魚正游過厚重的海洋雪

    (圖源:美國國家海洋和海洋服務局)


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    水母在海雪中攝食

    (圖源:紀錄片《藍色星球》)


    大部分海雪消失在海洋上層水域(1000米以淺),剩下約5%的海雪則飄向更加寒冷而高壓的“午夜區”(海洋水深1000米-4000米),極少量到達海床,貢獻了海底軟泥


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    海雪落于海底形成軟泥

    (圖源:紀錄片《藍色星球》)



    直到19世紀晚期,學者們都認為環境惡劣的深海里沒有生命存在,即使之后大名鼎鼎的英國“挑戰者號”科考船在環游中發現了深海動物,科學家依舊無法回答它們是如何從海洋表面獲取食物的。隨著對海雪的發現和研究,這個存在了百年的問題才得以解決:海雪是深海生物的重要食物來源之一。

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    英國“挑戰者”號科考船

    世界上首個專門針對海洋科學開展海洋考察的科考船

    (圖源:網絡)


    海雪為黑暗的深海帶去了驚喜。2019年,中國海洋綜合研究船“科學”號在馬里亞納海溝海山南側發現近10處彩色珊瑚林。珊瑚林一般生于溫暖的淺海,但由于這里位于迎流面,海水流速較大,洋流攜海雪而至,為濾食性的珊瑚蟲帶來大量食物,從而在約900米的海洋深處創造出罕見的雪中花園。


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    “科學”號拍攝的馬里亞納海溝中的珊瑚林


    盡管有“甘霖“之美名,海雪提供的能量還是有限


    海雪難以支持身軀龐大的海洋生物進行生命活動與生長。一些深海生物為了節省能耗,甚至長時間靜止懸浮,因為將寶貴的營養用于發展大型體格實在不是明智的選擇。遠古巨獸“巨齒鯊”最終也無法忍受深海的貧瘠,而永遠留在了過去,因此,大家目前無需擔心身長10米的它有一天會沖出海面襲擊自己。


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    電影《巨齒鯊》

    回顧海雪的產生與去向,不難推測這樣一種情況:海雪可能在飄向海底的過程中混入其他物質,從而被無意間投毒


    這個猜想真實地發生了:2010年,墨西哥灣最嚴重的“深水地平線”漏油事件發生后,學者在受污染的水域觀測到了海雪的大規模形成。這些海雪(又或者是海洋油雪)粒徑異常大且粘液豐富,雖然海洋油雪可將石油運送至深海交由微生物降解,但它將增加海洋的耗氧量而造成生物窒息,甚至可能直接毒害生物。


    此外,埃克塞特大學的研究表明,海雪是微塑料進入深海的主要途徑之一以海雪為食的生物將在不知不覺中消耗大量的塑料,像營養物質一樣,微塑料很可能在整個海洋中被循環利用,擴散到更遠的地方。如果沒有有效的解決方案,這些塑料碎片將在我們的海洋中停留數千年,危及海洋與人類的健康。


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    包含微小塑料片的海雪

    (圖源:Smithsonian)



    #3  既是“雪”,但也是“碳”

    碳循環的重要載體


    大氣中的二氧化碳通過海洋植物的光合作用被轉化成有機碳(如成為生物身體的一部分或其排泄物)。有機碳在海洋表層主要有兩個去向:在食物網內循環,或向下運輸。


    海雪占顆粒物垂向通量的90%以上,是有機碳向下運輸的重要形式,是“海洋生物碳泵“的關鍵載體(海洋生物碳泵,指以一系列海洋生物為介質,將碳從大氣層傳輸到海洋深層的過程)。


    海雪攜帶大量的有機碳至深海,通過三種方式完成對碳的輸送和封存:


    1

    海雪被攝食,長期停留在深海食物網中參與物質循環

    2

    經過微生物的再礦化作用,海雪中的有機碳重新變成二氧化碳,被存儲于一定的深度

    3

    海雪沉積物經過數百萬年的壓實后,轉變成碳酸鹽結。海底碳酸鹽層是地球最大的碳匯(碳的接收者)


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    海雪參與生物碳泵的過程

    圖中立方體代表海洋水體,自上而下海洋的深度增加

     

    海洋下“雪”,大氣降溫。海雪參與海洋生物碳泵的運作,將大氣中的二氧化碳轉移至深海,實現達數千年的碳封存,海洋每年吸收約30%的人類活動排放到大氣中的二氧化碳,在人類活動增排的背景下,緩解氣候變暖。對于碳中和而言,減排(減少向大氣中排放CO2)和增匯(增加對大氣CO2的吸收)是兩條根本路徑。海雪作為海洋碳匯,即藍碳的重要環節,其研究價值不言而喻。




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    冬季的某一天,寒意襲來,當你抬起頭循著雪花飄來的方向望去,你是否會想起:還有一些雪花,飄向海底?



    參考文獻:

    [1] Adriana Dutkiewicz, R. Dietmar Müller, John Cannon, Sioned Vaughan, Sabin Zahirovic; Sequestration and subduction of deep-sea carbonate in the global ocean since the Early Cretaceous. Geology 2018;; 47 (1): 91–94.

    [2] Alice L. Alldredge, Mary W. Silver,Characteristics, dynamics and significance of marine snow,Progress in Oceanography,Volume 20, Issue 1,1988,Pages 41-82,ISSN 0079-6611.

    [3] Baumas, C.M.J., Le Moigne, F.A.C., Garel, M. et al. Mesopelagic microbial carbon production correlates with diversity across different marine particle fractions. ISME J 15, 1695–1708 (2021).

    [4] R.S. Lampitt, Marine Snow*,Editor(s): John H. Steele,Encyclopedia of Ocean Sciences (Second Edition),Academic Press,2001,Pages 686-694,ISBN 9780123744739

    [5] U Passow and K Ziervogel and V Asper and A Diercks;Marine snow formation in the aftermath of the Deepwater Horizon oil spill in the Gulf of Mexico,Environmental Research Letters,Volume 7,Number 3,2012, ISSN 1748-9326

    [6] https://www.whoi.edu/oceanus/feature/chasing-ocean-snowflakes/

    [7] https://www.whoi.edu/oceanus/feature/marine-snow-and-fecal-pellets/?id=2387&archives=true

    [8] https://marinemadness.blog/2020/01/27/the-snow-that-falls-to-the-bottom-of-the-sea/

    [9] 焦念志院士:研發海洋“負排放”技術 支撐國家“碳中和”需求_中國科學院院 (sohu.com)

    [10] 郭康麗,陳潔,姚寶龍.海洋浮游植物胞外多聚物的研究進展[J].海洋環境科學,2019,38(01):139-145.



    科學指導:沈淵

    撰文/排版:何彩妮

    編輯:李依睿/賴瀅

    責編:甘少敏

    出品:70.8海洋媒體實驗室


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