研究发现北冰洋冰量减少对海洋生态系统和海洋生产力产生复杂影响

过去25年来，夏季北极海冰面积减少了超过100万平方公里。因此，现在北冰洋的大部分地区在夏季平均无冰。科学家们正在密切监测这如何影响远北地区的阳光供应和海洋生态系统。

“当如此大的区域变得无冰并且可以接受阳光时，就会出现许多问题。一种流行的范式表明，随着海洋环境中阳光变得更加丰富，北冰洋的生产力正在迅速提高。然而，目前尚不清楚生态系统将如何演变南丹麦大学生物系海洋科学家兼助理教授卡尔·阿塔德(KarlAttard)说：

阿塔德领导了一个国际研究小组，调查了未充分研究的北极海底的阳光可用性和光合作用生产。他们的研究发表在《美国国家科学院院刊》上。

研究小组重点关注北冰洋广阔的陆架区域;海底相对较浅的部分，深度很少超过200米。这些广阔的区域约占北冰洋面积的一半，使得研究随着海冰持续减少海底生态系统如何反应变得特别有趣。

科学家们调查了格陵兰岛东北部浑浊的融水羽流下的海洋生物。图片来源：KarlAttard，南丹麦大学

阳光是通过光合作用生长的生命体的重要能源。它们需要水、二氧化碳、营养物和阳光。科学家将这些生物体称为初级生产者，它们在海冰、水柱和海底中繁衍生息。这些生物体是海洋中更广泛食物网的基础，支持具有重要商业意义的渔业和北极熊等大型掠食者。海底的主要初级生产者是微藻、海藻和海草。

“这样的假设似乎是合理的：随着更多的阳光到达海底，北冰洋较浅区域的海底初级生产者的数量将会增加。事实上，我们的研究表明，自2003年以来，暴露在阳光下的海底区域已经增加了“北极面积以每年约47,000平方公里的速度快速增长。然而，奇怪的是，我们并没有看到到达北极海底的阳光总量有所增加。”KarlAttard在谈到研究小组基于20年卫星数据的模型时说道。来自北冰洋。

这一令人惊讶的结果似乎是由于北冰洋许多地区的水透明度下降所致。

“到达无冰海洋的阳光会被浮游植物、沉积物和水中溶解的物质迅速吸收，从而阻止大部分太阳光线到达海底。我们的模型预测某些地区的初级生产会增加，但其他地区则不会，甚至尽管所有这些地区现在都没有冰，并且在海洋表面接收阳光，”卡尔·阿塔德解释道。

造成海水浑浊的原因在于，北冰洋被陆地包围，世界上一些最大的河流都流入其中。河水会从河流流经的集水区带来大量颗粒，这些颗粒会使北冰洋的大部分地区形成云雾。

这些河流起源于遥远的蒙古或北美中部，在流入北冰洋时携带了大量颗粒。河水还含有溶解的分子，这些分子使水变色并吸收阳光。

在研究人员的模型中，新无冰区底部产生的生物量存在区域差异。这些模型表明，格陵兰岛和加拿大广阔的海岸线沿线的几个地方的初级生产有所增加。相反，俄罗斯大陆架大部分地区的初级生产出现下降。

“接下来的问题是：为什么某些地区的阳光利用率和初级生产力增加，而另一些地区却减少?不幸的是，我们的模型没有提供明确的答案来说明具体是什么推动了这种变化，要获得这些信息就需要调查各个地区和地区。用更多的观测数据验证我们的模型，”卡尔·阿塔德说。

“最新的模型表明，海藻和鳗草将在沿海浅海海底定居，并随着冰的进一步减少和水温的升高而扩展到北冰洋。在这里，也需要更多的观测来测试模型中的不确定性。”

传统上，鳗草和海藻在充满冰的水中挣扎，因为冰减少了阳光的可用性并磨碎和损害了它们的组织。然而，在越来越无冰的水域中，可能会出现大面积的水下植被，成为鱼苗和其他生物的栖息地。

研究人员计算出的北冰洋海底初级生产力只是海洋初级生产力总量的一部分，海洋初级生产力也发生在水体和海冰内。

“我们首次估计了微藻、鳗草和海藻的海底初级产量，这是重要的。我们估计它是海冰产量的四倍，海冰产量受到了更多关注，并且在我们的研究中得到了更好的体现。“了解北极生态系统。包括海洋初级生产的所有组成部分对于了解北冰洋生态系统内正在发生的事情至关重要，”卡尔·阿塔德说。

过去几十年来，北冰洋经历了快速的环境变化，他预计这些转变将继续下去。

“我们的研究表明，气候变化对北冰洋阳光供应和初级生产的影响是复杂的。此外，随着北冰洋持续变暖，我们可能会看到更多物种从低纬度地区迁徙，这可能会导致海洋生产力更高环境比现在的环境更差——代价是失去北极特有的东西，”他说。