研究发现沙漠粉尘在海洋浮游植物生长中起着至关重要的作用

在过去的几十年里，科学家们一直在观察自然海洋肥沃事件--当火山灰、冰川粉、野火烟尘和沙漠尘埃吹到海面上，刺激浮游植物大量繁殖的事件。但是在这些极端事件之外，还有一种稳定的、长距离的尘埃粒子雨，几乎全年都在促进浮游植物的生长，而且几乎在每个流域都是如此。

在5月5日发表在《科学》杂志上的一项新研究中，来自俄勒冈州立大学、马里兰大学巴尔的摩郡分校和美国国家航空航天局的一个研究小组将卫星观测与一个先进的计算机模型相结合，以了解来自陆地的矿物尘埃如何为海洋中浮游植物的生长提供肥料。浮游植物是微小的、类似植物的生物体，构成了海洋食物网的中心。

浮游植物漂浮在海洋表面附近，主要依靠阳光和从深海中涌出的矿物营养物，或通过沿海径流漂浮到海上。但是富含矿物质的沙漠尘埃--由强风携带并沉积在海洋中--对浮游植物的健康和丰度也起着重要作用。

根据这项新的研究，沉积在海洋上的尘埃支持了每年全球出口产量的4.5%--这是衡量浮游植物在光合作用中吸收的碳汇入深海的数量。然而，在中纬度和高纬度的一些海洋区域，这一贡献接近20%至40%。

浮游植物在地球的气候和碳循环中发挥着巨大作用。像陆地植物一样，它们含有叶绿素，通过光合作用从阳光中获取能量。它们在这个过程中产生氧气并封存大量的二氧化碳，其规模可能与雨林相当。而且，它们处于海洋范围内食物排序的最底层，从微小的浮游生物到鱼到鲸鱼。

研究报告的共同作者、马里兰大学巴尔的摩县分校的研究教授洛林-雷默(Lorraine Remer)说，尘埃粒子在落入海洋之前可以飞行数千英里，在那里它们滋养了距离尘埃源很远的浮游植物。"她说："我们知道沙漠尘埃的大气运输是使海洋'点击'的部分原因，但我们不知道如何找到它。

如何从地球表面以上400英里处追踪海洋生物?这需要追踪叶绿素的绿色足迹。

研究作者Toby Westberry和Michael Behrenfeld--俄勒冈州立大学的遥感海洋学家--分析了美国宇航局Aqua卫星上的中分辨率成像光谱仪(MODIS)从2003年到2016年收集的14年的海洋颜色测量数据。追踪海洋颜色的明显特征，他们不仅能够确定浮游植物繁殖的时间和地点，还能确定它们的健康程度和数量(基于叶绿素的浓度)。

为了确定浮游植物是否对沙漠尘埃有反应，该小组将他们的海洋颜色发现与美国宇航局戈达德地球观测系统(GEOS)模型在同一时期的尘埃沉积事件的输出进行了比较。这些事件的强度从强大的撒哈拉沙尘暴到美国西海岸的相对低调的羽流。他们发现，即使是适量的沙漠尘埃也增加了浮游植物的数量，并改善了浮游植物的健康状况。

以前的研究集中在大型的局部事件上--火山爆发、野火、极端的沙尘暴--这些事件向空气中喷出大量的有机和矿物颗粒。在其他研究中，研究人员有意通过在海水中"播种"铁来刺激浮游植物的生长，铁是海洋中一种关键但往往有限的营养物质。

"我们观察到浮游植物的反应并不仅仅发生在海洋中的铁贫乏地区，"共同作者、美国宇航局戈达德太空飞行中心的科学家Hongbin Yu说。"这些反应在世界各地都有发生。添加一点营养物质，你就会在水中发生一些事情。"

科学家们说，沙漠尘埃的营养益处并不限于铁。灰尘颗粒含有植物需要的其他营养物质，特别是磷和氮。随着气候变化对大气模式、土壤湿度和其他影响灰尘如何进入海洋的因素的影响，需要进行更多的研究。