最新研究揭示格陵兰海藻如何在深海储存碳
一项跨学科研究首次证实了将漂浮的大型藻类从西南格陵兰岛沿海水域输送到深海碳库的海洋路径，这可能在全球碳储存中发挥了以前未被充分重视的作用。
大型藻类，或称海藻（包括海带），是高产的沿海栖息地，能够吸收大量的二氧化碳（CO₂）。此前的研究估计，全球每年有4-44太克（1Tg = 100万吨）源自大型藻类的碳可到达200米深的海底，并在那里封存至少100年。
然而，由于以下问题，大型藻类对长期碳储存的贡献很难确定地量化：需要考虑的大型藻类特性范围很广；与物理海洋输送过程相互作用的复杂性；以及缺乏关于脱离海岸岩石海岸的大型藻类的迁徙和转变的科学证据。
为了弥补这一知识空白，由德国瓦尔内明德莱布尼茨波罗的海研究所和亥姆霍兹赫伦研究中心共同领导的研究团队，汇集了来自普利茅斯海洋实验室、埃克塞特大学、葡萄牙、沙特阿拉伯和丹麦的科学家，运用卫星图像、海洋漂流器追踪、数值模拟和先进的湍流分析等多种技术，证实了大型藻类垫可以向离岸数百公里远的地方移动。最终，这些藻类垫可能会沉入深海，在那里它们的有机碳可以长期储存。
来自 305 个海洋监测设备（这些设备漂浮在海面上，用于帮助研究洋流）的数据和数值模拟模型表明，洋流可以在生态时间尺度上（平均 12-64 天）将漂浮的大型藻类从沿海地区带到更深的水域，这通常是在结构破坏发生之前。
这些发现得到了对1300多张Sentinel-2卫星高分辨率多光谱图像分析的支持，这些图像由欧盟哥白尼计划运营。这些图像显示，格陵兰陆架海和邻近的拉布拉多海存在近8000个漂浮的大型藻类群落，证实了大型藻类在近海的广泛存在。
[A] 大型藻类漂浮垫的位置，按月份进行颜色编码。图中还显示了Sentinel-2影像的拼接覆盖范围和1000米等深线（黑色虚线）。[B] 漂浮藻类指数和[C] 2020年8月19日的Sentinel-2真彩色图像显示了探测到的最大单个大型藻类漂浮垫，面积达221,900平方米。[B]中的插图显示了该藻垫的位置。© PML
利用大涡模拟技术构建的高精度三维海洋模型进一步揭示，冬季深海对流（由表层海水冷却驱动的剧烈垂直混合）能够将漂浮的大型藻类沉入深海。在这些深海的高压环境下，海藻内部的浮力结构崩塌，导致它们下沉并将碳带入海洋深处。
© PML
西南格陵兰岛被选为案例研究区域，因为它为检验大型藻类从沿海地区向深海输出的估算假设提供了理想的地点。该区域岩石海岸线上大型藻类丰富，优势褐藻物种脱落后会漂浮在水面上。其他研究也证实，沉积物环境DNA（eDNA）在从近岸浅水区延伸至水深1460米、离岸350公里的沉积物中均发现了大型藻类。格陵兰岛和北极陆架、陆坡和深海沉积物中大型藻类的普遍存在，尤其是以褐藻为主的藻类，已经持续了数千年，这表明格陵兰岛的大型藻类输出有助于北极的长期碳埋藏。
对于未来的研究，该团队建议进行大规模的跨学科研究，观察导致漂浮大型藻类从沿海来源输出到拉布拉多海潜在汇的三个主要过程：1）脱离；2）通过表层洋流向近海输出；3）垂直输出。
为了实现这一目标，必须通过实验测定主要漂浮大型藻类物种的漂浮寿命和上升速度，以及其浮力结构崩溃后的下沉速度。同样，也必须确定浮力结构崩溃发生的深度，以便建立可靠的垂直输出参数化模型。
