科学家发现，极端的深海压力将宝贵的营养物质从下沉的有机颗粒中挤压出来，为海洋微生物提供了意想不到的食物来源。这一发现可能会改写我们对深海生态系统以及地球上碳储存方式的理解。
研究发现，被称为“海洋雪”的微小下沉颗粒在沉入深海时会释放溶解碳和氮。这些泄漏的营养物质成为周围海水中微生物的直接食物来源。
深海压力释放隐藏的营养物质
海洋雪由漂浮在海洋中的死藻、微生物和其他有机物质的微小团块组成。根据这项研究，一旦这些颗粒到达约2至6公里的深度，巨大的静水压力便开始迫使溶解有机物从中流出。
“这种压力的作用几乎就像一台巨大的榨汁机，”该研究的第一作者、来自Nordcee研究中心和丹麦超深渊研究中心的生物学家兼副教授Peter Stief说道，“它将溶解有机化合物从颗粒中挤出，微生物可以立即利用它们。”
这些发现发表在《科学进展》杂志上，论文题目为“静水压力引起‘海洋雪’颗粒中溶解有机物的强烈泄漏”。
研究人员估计，下沉的海洋雪在穿过深海的过程中，可能会损失高达50%的原始碳以及58%至63%的原始氮。
该发现可能重塑对碳循环的理解
这些结果对地球的碳循环也具有重要意义。
科学家长期以来一直认为，海洋雪携带的大部分碳最终会埋藏在深海沉积物中。然而，如果大量碳在颗粒到达海底之前就已泄漏，那么永久储存在沉积物中的碳可能比之前认为的要少。
相反，大部分溶解碳会悬浮在深海水域中，在那里可以停留数百甚至数千年，然后逐渐返回表层海洋，最终进入大气。相比之下，确实被埋藏在海底沉积物中的碳则可以被封存数百万年，在漫长的时间里不断积累。今天开采的大部分石油和天然气正是通过这种长期埋藏过程形成的。
“这一过程影响了海洋能够储存多少碳以及储存多久，”Peter Stief说，“这对理解气候过程和改进未来的模型具有重要意义。”
在极端压力下模拟海洋雪
为了研究这一过程，研究人员利用硅藻在实验室中重建了海洋雪，这是一种微小的藻类，在海洋中下沉时会自然聚集成团。
研究小组将这些人工颗粒放入特制的旋转压力罐中，使海洋雪保持悬浮状态而不沉降。这种设置使研究人员能够测量在与深海相似的环境下有多少碳和氮逸出。
他们的实验表明，颗粒中高达一半的碳含量在下沉过程中泄漏。释放的物质大部分由蛋白质和碳水化合物组成，深海自由生活的微生物可以轻易消耗它们。
微生物几乎立即做出反应
泄漏的营养物质迅速促进了微生物的生长。
仅在两天内，细菌丰度就增加了30倍，呼吸速率也显著上升。这些结果表明，从海洋雪释放的溶解有机物为生活在深处的微生物提供了快速且有价值的能量来源。
研究人员还在多种硅藻中观察到了同样的泄漏模式，表明这种机制可能在世界各地的海洋中广泛存在。
下一站：北冰洋
研究的下一阶段将从实验室转向开阔海域。
该团队计划在乘坐德国研究船“极星号”前往北极的未来考察中，在表层水和深水中寻找这一过程的分子指纹。在自然界中检测到这些特征将有助于证实实验室中观察到的压力驱动泄漏现象在整个深海中都在发生。
这项题为“静水压力引起‘海洋雪’颗粒中溶解有机物的强烈泄漏”的研究由Peter Stief、Jutta Niggemann、Margot Bligh、Hagen Buck-Wiese、Urban Wünsch、Michael Steinke、Jan-Hendrik Hehemann和Ronnie N. Glud撰写。
该研究得到了丹麦国家研究基金会、欧盟“地平线2020”研究与创新计划以及丹麦独立研究基金会的支持。