隐藏的彗星尾：海洋雪减缓碳封存

我们都知道，海洋是地球最大的碳汇，它吸收了大气中大量的二氧化碳，减缓了全球变暖的步伐。而海洋雪，这种由海洋生物产生的有机颗粒，在海洋碳循环中扮演着关键角色。它就像海洋中的“雪”，不断下沉，将表层海水中的碳带入深海，从而实现长期的碳封存。

然而，最近，斯坦福大学牵头的新研究揭示了一个隐藏因素。科学家们发现，海洋雪并非简单的“雪花”，它们还拖着一条长长的“尾巴”，就像彗星一样。这些“尾巴”是由微生物产生的粘液组成，它们的存在大大减缓了海洋雪的沉降速度，导致更多的有机物在表层海水中被微生物分解，释放出二氧化碳。

海洋雪的“彗星尾”增加了其在水中的表面积，受到的水阻力更大，导致沉降速度减慢。沉降速度的减慢意味着海洋雪在表层海水中的停留时间更长，更容易被微生物分解。微生物分解海洋雪时，会释放出二氧化碳，从而减少海洋对碳的吸收。

“彗星尾”的发现颠覆了我们对海洋碳循环的传统认识，表明海洋碳封存的过程远比我们想象的复杂。这一令人惊讶的发现意味着之前对海洋碳封存潜力的估计可能被高估了，但也为改进气候模型和为决策者减缓气候变化的努力提供信息铺平了道路。海洋雪的“彗星尾”这一新发现，为我们研究海洋碳循环提供了新的视角。

参考文献：Rahul Chajwa, Eliott Flaum, Kay D. Bidle, Benjamin Van Mooy, Manu Prakash. Hidden comet tails of marine snow impede ocean-based carbon sequestration. Science, 2024; 386 (6718) DOI: 10.1126/science.adl5767

一、什么是海洋雪？什么是海洋雪的“彗星尾”？它们在海洋碳循环中扮演什么角色？

海洋雪，顾名思义，就像海洋中飘落的雪花。但它的组成可不像雪花那么简单。

海洋雪是由海洋生物产生的有机颗粒，包括死亡或将死的浮游生物、排泄物、黏液等。这些颗粒在海水中聚集、团聚，形成较大的絮状物，逐渐下沉。海洋雪吸收了大气中大约三分之一的人类产生的二氧化碳，并将其运送到海底，在那里被封存了数千年，科学家将这种现象称为生物泵。海洋碳循环机制除了生物泵机制，还包含物理泵机制和植物泵机制。

海洋雪在海洋碳循环中扮演着“碳泵”的角色。海洋雪将表层富含碳的有机物输送到深海。这些碳元素原本通过浮游植物的光合作用从大气中固定下来，随着海洋雪的下沉，被带到深海，从而减少了大气中的二氧化碳含量。深海区域光线无法到达，生物无法进行光合作用。海洋雪为深海生物提供了重要的食物来源，支撑着深海生态系统的运转。通过将碳输送到深海，海洋雪有助于调节全球气候。如果海洋雪的形成和沉降受到干扰，可能会影响海洋对碳的吸收能力，进而影响全球气候变化。

海洋雪的“彗星尾”其实是一种形象的比喻，用来形容附着在海洋雪颗粒上的黏液状物质。这些黏液主要由微生物产生的多糖类物质构成，包裹在海洋雪的周围，形成类似彗星尾巴的结构。

“彗星尾”黏液层增加了海洋雪颗粒的表面积，使其与周围海水的接触面积增大。增加了与海水的摩擦力，从而增加了海水对海洋雪颗粒的阻力。黏液层的密度通常比海水略小，这减小了海洋雪颗粒与海水的密度差，从而减缓了其下沉的速度。

由于沉降速度减慢，海洋雪颗粒在表层海水中的停留时间延长。更长的停留时间意味着海洋雪颗粒更容易被表层海水中丰富的微生物分解。由于微生物的分解作用，到达深海的碳量减少，从而减缓了海洋对碳的吸收速率。

最近的研究发现，海洋雪上附着的一层黏液状物质，就像彗星的尾巴一样，会减缓海洋雪的沉降速度。这也就意味着，更多的有机物会在表层海水中被微生物分解，释放出二氧化碳，从而减少了被输送到深海的碳量。

海洋雪的“彗星尾”虽然微小，但对海洋碳循环产生了显着的影响。它通过减缓海洋雪的沉降速度，延长了有机物在表层海水的停留时间，增加了被微生物分解的可能性，从而减少了到达深海的碳量。这一发现对于我们理解海洋碳循环过程以及评估气候变化的影响具有重要意义。

二、他们是如何发现海洋雪的“彗星尾”？

研究人员利用一项不同寻常的发明——普拉卡什实验室开发的旋转显微镜，解决了这一难题。该装置随着生物在其内部移动而移动，模拟无限距离的垂直移动，并调整温度、光线和压力等方面，以模拟特定的海洋条件。

在过去五年里，普拉卡什和他的实验室成员把他们定制的显微镜装在研究船上，前往世界所有主要海洋——从北极到南极洲。在最近的一次缅因湾探险中，他们通过在水中悬挂陷阱收集海洋雪，然后在旋转显微镜中快速分析颗粒的下沉过程。由于海洋雪是一个活的生态系统，因此在海上进行这些测量非常重要。旋转显微镜让团队首次能够在自然环境中以精细的细节观察海洋雪——而不是在遥远的实验室中。

研究结果让研究人员大吃一惊。他们发现，海洋雪有时会形成类似降落伞的粘液结构，这实际上使这些生物在海洋上层 100 米处停留的时间增加了一倍。这种长时间的悬浮增加了其他微生物分解海洋雪颗粒中的有机碳并将其转化成其他浮游生物随时可用的有机碳的可能性——从而阻止了二氧化碳从大气中的吸收。

三、思考

除了多糖类物质，还有哪些物质参与了“彗星尾”的形成？不同海域、不同季节的“彗星尾”组成是否有差异？微生物在“彗星尾”形成过程中扮演了怎样的角色？是否存在其他物理或化学过程参与其中？“彗星尾”在水柱中的稳定性如何？它们在不同水深处是否会发生变化？ “彗星尾”如何影响海洋雪颗粒的聚集、破碎和矿化？

“彗星尾”对不同粒径的海洋雪的碳输送效率有何影响？ “彗星尾”的存在如何改变海洋微生物群落的组成和功能？ 气温升高、海洋酸化等气候变化因素如何影响“彗星尾”的形成和性质？ “彗星尾”的存在是否会影响海洋初级生产力？

这些有趣的问题旨在激发你的思考，助你更深入地理解，希望能为你带来新的启示和帮助~~~

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