深海地震为南极浮游生物爆发提供能量

在南极南大洋下方1800米处，一条布满热液喷口的火山脊在黑暗中不断涌出富含铁和其他化合物的高温海水，滋养着磷虾等甲壳类动物的食物——微型浮游生物，支撑起以企鹅、海豹和鲸鱼等大型捕食者为顶端的食物链。如今，一项新研究揭示，这些喷口的活力可能来自一个令人意外的来源：地震。

上个月发表在《自然·地球科学》上的一项研究表明，地震会导致这些喷口剧烈喷出关键营养物质，这些物质到达海面后，能促成面积达数十万平方千米的大规模浮游植物水华。华盛顿大学海洋学院的深海生物化学家约瑟夫·雷辛（未参与该研究）表示，这项研究提供了“诱人的证据”，证明深海地震有助于为表层生物提供营养，他还称“很喜欢这篇论文”。

尽管南极附近海域寒冷恶劣，但研究人员长期观察发现这里存在大量浮游植物水华。每年，位于澳大利亚和南极地质板块交界处的澳大利亚南极脊上方海域，都会出现异常巨大的水华。2014年，这片微生物聚集区覆盖了约26.6万平方千米的海洋，面积相当于新西兰。

不过，直到最近，研究人员才将南极浮游植物与下方的深海热液喷口联系起来。明德学院的地球与气候学家凯西·希恩说，2019年，科学家在西南印度洋脊（位于水下）上方的冰冷水域发现了两处水华，这是首个确凿证据。2021年，希恩领导的团队发现澳大利亚南极脊上方的水华同样由深海热液喷口提供能量。作为这项新研究的第一作者，希恩表示：“热液喷口能刺激表层水华形成的观点相当新颖。”

早期研究表明，深海热液喷口可能通过释放铁（浮游植物生长的关键营养物质，决定其生长速度）来维持南大洋的水华。但关于2千米多深的热液活动如何影响表层微生物，仍有许多问题未解。例如，过去的研究认为，脊上释放的铁不仅需要几十年到一个世纪才能到达表层，还会在迁移过程中从喷口源移动数千千米，因此喷口周围及正上方水域为何会出现水华一直不明确。

希恩怀疑这些喷口沿线的地震活动可能在这一神秘过程中起作用。为了研究其对澳大利亚南极脊的潜在影响，她和同事查阅了地震记录、1997年至2024年的卫星图像，以及该地区深海化学采样任务的既往数据。分析发现，当南极浮游植物生长季前的数周至数月内发生5级及以上地震时，水华规模最大。

雷辛指出：“某一年的地震与同年浮游植物生产力之间的联系表明，火山活动产生的铁能比之前认为的更快地输送到表层海洋。”

未来，希恩的团队计划仔细研究南大洋的新数据，以更好地了解深海热液喷口如何影响表层微生物。希恩还计划考察地震影响下的喷口是否会在澳大利亚南极脊以东的太平洋南极脊上方促成水华。地中海海洋研究所的海洋生物化学家索菲·邦内对这项新研究对海洋其他火山活动活跃脊的启示感到兴奋，她说：“太平洋火环占全球地震活动的近80%，类似过程可能在其脊线发生，值得研究。”

这一发现意义重大。南大洋的浮游植物水华在调节全球二氧化碳水平方面发挥着重要作用，因此它们最终决定了人类排放的二氧化碳有多少能被从大气中吸收。如果该区域的深海热液喷口能将其物质快速输送到表层，这也意味着它们释放的二氧化碳可能比以前认为的更快、更多地到达表层，这可能需要重新调整一些气候模型。希恩说：“我们显然低估了南大洋中一些起作用的物理机制。”