Nat. Geosci.：硅藻不能有效将碳输送到深海

【导读】 硅藻在海洋碳循环中扮演着重要角色。 近日《自然地球科学》发表的文章， 利用高分辨率的测量方法，直接测量了 硅藻 繁殖期颗粒有机碳和生物硅的下沉通量。研究 发现 硅藻的硅质骨骼并没有有效地将碳输送到深海 。其他小型浮游生物可能才是碳输送的幕后英雄。因此即使气候变暖导致硅藻减少，海洋的碳输送效率也未必会下降，因为其他机制可能进行弥补。

长期以来，科学家们认为，南大洋(Southern Ocean)中大量繁殖的硅藻（diatoms）在海洋碳循环(carbon cycle)中扮演着至关重要的角色。这些微小的藻类吸收大气中的二氧化碳，构建起由二氧化硅组成的骨骼（frustules），并在死亡后沉入海底，将碳封存千年之久。这一过程被称为“ 生物泵 ”(biological pump)，是调节地球气候的关键机制。然而，一项最新研究挑战了这一传统认知，指出硅藻对南大洋深海碳输送的贡献可能远不如预期。

硅藻在高纬度的南大洋中数量丰富，它们会产生如图所示的致密硅质骨骼，称为壳体（frustules）。Williams等人[2]的研究表明，下沉的壳体无法穿过光线昏暗的暮光区（twilight zone），这意味着该区域碳向深海的大量通量是由其他过程造成的。 Credit: Robert Pickett / Corbis Documentary / Getty Images

研究区域地图

结果发现尽管表层海水富含硅藻，但 生物硅 的沉降速度远低于 颗粒有机碳 。这意味着硅藻的硅质骨骼并没有有效地将碳输送到深海。大部分 生物硅 很可能滞留在海洋表层，原因可能是硅藻壳体的浮力或被其他生物摄食后分解。

本研究发现硅藻的存在并不总是能保证 碳 有效地穿过暮光区(twilight zone)。暮光区是指海洋中阳光无法穿透的区域，深度大约在200米到1000米之间，是连接表层和深海的关键区域。该 研究挑战了 生物硅 溶解速度比 颗粒有机碳 慢的普遍假设，

尽管 颗粒有机碳 能够高效地抵达深海，但这并非由硅藻驱动。其他过程和颗粒，例如小型浮游植物的聚集体或浮游动物的粪便颗粒，可能在碳输送方面更为高效。

南大洋是全球最重要的碳汇(carbon sink)之一，吸收了大量的二氧化碳，从而减缓了气候变化的速度。然而，随着全球变暖，南大洋也面临着前所未有的挑战。海面温度升高和营养物质减少可能会导致硅藻数量下降，而体型更小的浮游植物则会逐渐占据主导地位。 这对理解南大洋的碳循环机制具有重要意义。

传统观点认为，这种生态系统的转变会导致碳输送效率降低，加剧气候变暖。但该研究表明，硅藻的减少可能并不会显著影响碳的深海输送，因为其他生物和过程可能会弥补这一缺失。

参考文献 ：

1、 Llopis Monferrer, N. Polar diatoms fade in the twilight zone. Nat. Geosci. (2024). https://doi.org/10.1038/s41561-024-01620-0

2、Williams, J.R., Giering, S.L.C., Baker, C.A. et al. Inefficient transfer of diatoms through the subpolar Southern Ocean twilight zone. Nat. Geosci. (2024). https://doi.org/10.1038/s41561-024-01602-2

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