文章讨论了硅藻在海洋碳循环中的作用。最新研究发现硅藻的硅质骨骼并未有效将碳输送到深海，其他小型浮游生物可能才是碳输送的主要贡献者。这项多国合作的研究在《自然·地球科学》杂志发表，研究发现挑战了传统认知，表明即使气候变暖导致硅藻减少，海洋的碳输送效率也可能不会显著下降。
过去认为硅藻通过构建二氧化硅组成的骨骼将碳封存并输送到深海，但最新研究发现这一过程并不如预期有效。
研究团队利用高分辨率测量法直接测量了繁殖期颗粒有机碳和生物硅的下沉通量，发现生物硅的沉降速度远低于颗粒有机碳。
研究发现即便气候变暖导致硅藻数量下降，由于其他生物和过程的弥补作用，海洋的碳输送效率可能不会显著下降。
【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
这项由英国、美国、中国等多国科学家合作完成的研究发表在最新一期的《自然·地球科学》(Nature Geoscience)杂志上。研究团队在南大洋大西洋和太平洋扇区进行了两次实地考察，利用高分辨率的测量方法，直接测量了繁殖期颗粒有机碳(particulate organic carbon, POC)和生物硅(biogenic silica, BSi)的下沉通量(sinking flux)。
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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