北冰洋冰层变薄致浮游植物爆发：或威胁生态

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在2010年和2011年的夏季，一项由美国宇航局资助的名为“气候变化对北冰洋-太平洋生态和化学系统影响”(ICESCAPE)的考察项目在北冰洋波弗特海和楚科奇海海域对当地的生物，生态和生物化学情况进行了考察


这是显微镜下看到的一种硅藻，它们是最常见的浮游植物之一。这些硅藻出现在2011年ICESCAPE项目考察期间从冰层下方5英尺(1.5米)处获得的海水样本中


这些面积广大但深度很浅的冰面湖泊是在夏季冰层表面局部融化时形成的。它们成了海洋的窗户，它下方的冰层厚度大打折扣，从而让大量阳光得以透过清澈的湖水和下方薄薄的冰层照射到下方的海水
据美国宇航局网站道，科学家们近期在北冰洋取得了预料之外的发现，这项发现是如此的让人意外，就像是在沙漠的腹地突然发现了热带雨林一般。一项由美国宇航局资助的名为“气候变化对北冰洋-太平洋生态和化学系统影响”(ICESCAPE)的项目在北冰洋的3英尺(约1米)厚的冰面上进行钻探并检验下方的海水。研究人员们意外地发现冰面下的海水中富含微小的海洋植物，并且其含量甚至超过了地球上任何其它海区。这些海洋浮游植物是所有海洋生物赖以生存的食物链的基础和重要环节。
美国斯坦福大学教授，ICESCAPE项目负责人，描述这项发现的论文第一作者凯文·艾利戈(Kevin Arrigo)教授说：“如果在这次考察之前有人问我说是否有可能在冰下发现富含浮游生物的海水，我可能会告诉他这是不可能的。”他说：“这项发现完全出人意料。”
这些微小的海洋浮游植物是海洋生态系统的基础，构成了食物链的根基。在此之前人们一直认为北冰洋海区的浮游植物只有在夏季冰面融化之后才会生长繁殖，而现在科学家们认识到，由于全球变暖导致的海冰冰层变薄，原本不透光的冰层已经开始变得可以通过光线，这是前所未有的情况，这一变化造就了这里海水中浮游植物的生长。这项发现揭示了北冰洋地区由于气候变暖出现的一种新现象，这为我们了解变化的气候和环境对北冰洋海区及其生态系统可能构成的影响提供了重要线索。
这项发现是在2010-2011年度的ICESCAPE项目考察期间做出的。搭乘美国海岸警卫队破冰船的科学家们行进在北冰洋阿拉斯加海岸外波弗特海和楚科奇海海域。2011年7月份，当科学家们在楚科奇海海域进行考察时，他们注意到冰下海水中的浮游生物富集现象。对于附近海区洋流资料的分析显示这些浮游植物并非从其它开阔水面漂流而来，而是在原地出现繁殖的。在开阔水面由于阳光充足，浮游植物的富集并不奇怪。
观察显示这些浮游植物极其活跃，仅仅在一天之内便数量翻番。甚至在开阔的无冰水域这些小生物的繁殖周期也要慢得多，一般需要2~3天才能数量加倍。因此这一繁殖速率是迄今在极地海区测量到的最高值之一。研究人员估计这些浮游植物在北冰洋部分海区冰层下方的繁殖速率甚至可能达到它们在附近开阔海区的10倍。
保拉·邦特姆皮(Paula Bontempi)是美国宇航局海洋生物学和生物化学项目主管，他说：“美国宇航局的任务之一是促进科学探索，而这样一项发现的意义简直就像是在莫哈维沙漠的中心发现了热带雨林！”他说：“我们之所以参与ICESCAPE项目是为了校正我们的卫星获取的这一海区海洋观测数据，这个海区非常难以抵达。结果很意外的，我们竟然有了一项重大的发现，这将帮助研究人员和资源管理者们更好地理解北冰洋。”
对于更大范围内的北冰洋生态系统，这项发现也同样具有意义，其中包括迁徙的物种，如鲸和海鸟。海洋浮游植物是小型海洋生物的食物，而这些小型海洋生物本身又成了较大的鱼类和其它海洋生物的食物。海洋浮游植物大爆发发生的时间发生改变将极大地影响到那些以它们为食，以及食物链上更高级的海洋生物的生存。艾利戈表示：“对于那些需要迁徙的物种来说，保持它们在北冰洋中的迁徙和它们的捕食对象繁殖高峰期时间上的吻合正变得越来越困难。如果海洋浮游生物繁殖的高峰期过早到来，这些生物就会错过丰富的食物。”
在此之前，研究人员曾经认为由于厚厚的北冰洋海冰阻挡了绝大部分的阳光透过，因此冰层下的海水中那些需要依赖光合作用的海洋浮游植物是无法生存的。然而在近10年间，更加年轻，更薄的冰层正越来越多地替换掉了那些更老，更厚的北冰洋冰层。这些年轻的冰层几乎完全是平坦的，而在夏季由于融水形成的冰面湖泊所占据的面积也远远大过原有老冰层上的情况。
唐纳德·帕沃里奇(Donald Perovich)是美国陆军寒地和工程实验室的地球物理学家。他说，这些水面广阔却水深很浅的冰上湖泊成了海洋的窗户，它下方的冰层厚度大打折扣，从而让大量阳光得以透过清澈的湖水和下方薄薄的冰层照射到下方的海水。唐纳德本人参与了ICESCAPE考察项目，负责对考察海区冰层的光学性质进行研究。帕沃里奇表示：“当我们从冰层下方仰视，就像是在观看照相底片。在冰层下方，我们看到的是一片漆黑；而在融化的冰面湖泊下方，海水是明亮的。” 帕沃里奇目前在达特茅斯学院泰勒工程学院担任访问教授。
艾利戈说：“到目前为止，我们还无法确定这些冰下海水中的浮游植物繁盛情况是否是已经存在很长一段时间而刚刚被我们发现。”他说：“然而，如果北冰洋的冰层继续这样持续变薄，那么这样的爆发现象未来还将在更广泛的海区内发生。”有关这项研究的论文已经发表在了《科学》杂志上。

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随着极地科学考察工作的逐步开展和深入，在具备的了多年资料累积的基础上，一些重要的科研成果陆续发表了！