逍遥学能 2017-05-08 16:37
大气中温室气体CO2的增加，导致全球变暖，海平面上升，这是一个全球关注的大问题。最近科学家发现海洋浮游植物吸收二氧化碳的总量十分巨大，跟陆地上植物吸收二氧化碳的总量竟不相上下，这在过去是完全没有想到的。然而更让人想不到的是，吹到海洋的沙尘暴是浮游植物生长繁殖必不可少的助产士。如果说海洋浮游植物是抵抗全球变暖的功臣的话，沙尘暴就是幕后英雄。
2002年1月，南大洋碧波荡漾，三艘模样有些古怪的船只正在航行，在这些船的尾部，不断有一些红色的液体排向大海，顷刻，碧蓝的海面便被染成一片红色。有人以为这是三艘不讲道德污染海洋的捕鲸船，恰恰相反，这是一些为改善人类的生存环境而工作的科学研究船，船上有来自德国、美国、新西兰等国的76名科学家，他们正在做一项向大海“施肥”的科学实验：往海里投放含铁的溶液，目的是看这些铁溶液是否能刺激海洋里浮游植物的生长。为什么要刺激海洋里浮游植物的生长呢？原因是这样的：科学家已经证明了海洋里的浮游植物能像陆地植物一样，吸收导致全球气 候变暖的罪魁祸首——二氧化碳。因此海洋浮游植物的增加将减少大气中二氧化碳的含量。
差不多与此同时，在南太平洋上，一些向新西兰行驶的船，也许能说明这些科学家此项实验的意义和紧迫性。这些船上乘载着南太平洋上的岛国图瓦卢的生态移民。2000年12月，图瓦卢政府宣布，因地球气温增高引起海水上涨，图瓦卢部分土地已经被海潮淹没。图瓦卢领导人承认在与不断上升海平面的斗争中失败，宣布将放弃他们的祖国。新西兰政府同意接受1.1万图瓦卢居民前往定居。图瓦卢的命运只是一个缩影。基里巴斯、库克群岛、瑙鲁和西萨摩亚等低地岛国也面临着同图瓦卢一样举国搬迁的威胁，而一些大国，虽然不至于举国搬迁，但一些重要的沿海城市也受到海平面上升的威胁。
然而，这些与沙尘暴有什么关系么？科学家的结论是有很大关系：沙尘暴是全球生态系统的重要一环，它是抵抗全球变暖的幕后英雄。沙尘暴虽然不直接吸收大气中的二氧化碳，但它是海洋浮游植物的生长肥料，沙尘暴所带来物质是浮游植物生长必不可少的。没有沙尘暴吹向海洋，浮游植物将很难生长。而海洋浮游植物最近才被认识到在吸收二氧化碳方面的作用并不亚于陆地植物。
大家都知道植物有一个神奇的功能：即通过叶片中的叶绿素进行光合作用来吸收大气中的CO2，并呼出氧气，这和动物与人正相反。这是自然界生态平衡中的一环。在这一过程中植物依赖阳光和水中的氢帮忙把CO2中的无机碳转变成有机物，即糖类、氨基酸及其它构成细胞的生物分子。大气中二氧化碳转变成有机物的过程，也被称为“初级生产力”。
植物通过光合作用来吸收大气中的CO2，过去人们想到的往往是陆上的森林和草地。海洋浮游植物对气候的影响之大，最近才被充分认识。
大约5年前，大多数生物学家还是严重低估了浮游植物对吸收大气中的CO2的贡献。主要原因是由于当时的科学家无法计算出全球浮游植物的总量。
1997年，美国航空航天局（NASA）发射了海洋广角感测仪（Sea Wide Field Sensor）。它使科学家有可能计算出全球浮游植物的总量。它是第1颗能每周观察全球浮游植物数量的人造卫星。为什么卫星能观测出全球浮游植物的总量？这是因为：只有当植物中存在叶绿素A时，光合作用才能进行。叶绿素A能吸收阳光中的蓝色和绿色波段，而海洋中的水则将其散射。因此，在一个区域内吸收阳光的浮游植物越多，从太空中观察的这片海洋就越暗。卫星通过观测从海洋反射回来的蓝一绿光所占的比例，就可以计算出叶绿素的量，从而了解浮游植物的量。
正是由于卫星的帮助，加上实地调查和数学计算，在1998年，世界上几个不同的研究小组得出了一个共同的惊人结论：浮游植物每年将大约450亿—500亿吨的二氧化碳合成到自己的细胞中——这是此前最大胆的估计的数倍。
科学家早已经推算出每年大气中大约有1000亿吨的二氧化碳被吸收了，而这过去大部分被算到了陆生植物的功劳簿上。今天，人们明白了，其实陆生植物每年只吸收了大约520亿吨。而另一半是被浮游植物吸收了，可以说，海洋浮游植物在吸收温室气体CO2方面的贡献和陆生植物平分秋色。
地球现在面临的麻烦是大气中CO2增多，换一种说法是全球的碳循环失衡，即释放的碳远远大于被吸收的碳。人类通过燃烧化石燃料，将深埋地下的碳带回循环中的速度是过去生物呼吸、生物降解、火山喷发等途径释放碳的速度的大约100万倍。森林和浮游植物吸收CO2的速度难以赶上这一增长的步伐，结果导致大气中的这一温室气体的浓度迅速上升。
全球原有的碳平衡被打破，导致气候变暖，现在的任务是重建这种平衡。科学家们在海洋浮游植物身上看到了这种希望。海洋浮游植物有一个特点是繁殖的速度快，而且有生长的广大空间，这是陆生植物无法相比的。海洋浮游植物细胞平均6天繁殖和死亡一次。浮游植物的快速生命周期是它们对气候产生影响的关键。1988年，一个正在进行的国际研究项目——全球海洋通量联合研究（JG—OFS），开始对海洋碳循环进行量化研究。他们发现，死亡浮游植物的细胞和动物排泄物中的有机物质分为两部分，一部分对吸收CO2重建碳平衡意义不大，因为这些下沉并被微生物分解的浮游植物的细胞，把它们通过光合作用固定的碳通过海水的循环又释放到大气中，这种循环大部分发生于海洋中的阳光照射层。
能够减少大气中的二氧化碳，从而对重建碳平衡发挥影响的是那些还未分解就沉入海洋深处的浮游植物的细胞和有机物。这些有机物沉到了200米以下的海洋深处，那里的海水温度较低、密度高，因此这部分海水很难与其上面较暖和的海水循环交换，因此被固定的碳停留在海里的时间长得多。通过这一被称为“生物泵”的过程，浮游植物将表层海水及大气中的CO2转移至海洋深处。 2001年，美国的研究人员报道了每年被泵入深海的碳物质总量在70亿—80亿吨之间，相当于浮游植物每年所吸收碳的15%。
正是这一循环使大气中CO2的浓度，比如果没有这一循环低了200ppm（百万分之一），对于目前大气中CO2浓度约为365ppm来说，这是一个很重要的因素。
既然海洋浮游生物对吸收CO2、重建全球碳循环这么重要，那么怎样才能使浮游植物繁殖得更快、更多？就成了科学家最想知道的事情。
海洋中到底哪些营养成分对浮游植物的生长起作用？过去科学家对此知之甚少，直到最近10年情况才有所改变。科学家这些年有几个重要发现，一是知道了浮游植物生长必须有两种营养元素——氮和磷来支持，磷是合成蛋白质的基本物质，过去一直认为磷最难获得，因为磷只存在于陆地的磷酸盐矿石中，海洋中的磷是经由河流带入海中的；而氮气是大气中最丰富的气体，可以自由溶进海水中....