太空尘埃揭示北极变化有多快

多年来，科学家们已知太空中的细颗粒物会不断降落到地球并堆积在海洋沉积物中。11月6日发表在《科学》（Science）杂志上的一项研究表明，识别这些宇宙尘埃的出现和缺失位置，可为了解数千年来海冰覆盖的变化提供线索。

'如果我们能预测未来冰盖减少的时间和空间模式，将有助于理解气候变暖、预测食物网和渔业的变化，并为地缘政治转变做准备。'领导这项研究的华盛顿大学海洋学助理教授弗兰基·帕维亚（Frankie Pavia）说。

### 宇宙尘埃如何帮助追踪古代冰盖
宇宙尘埃形成于恒星爆炸或彗星分裂时，其中许多在经过太阳附近后会携带一种名为氦-3的稀有氦同位素。研究人员通过测量氦-3来区分宇宙尘埃与地球本土物质。

'这就像大海捞针，'帕维亚说，'到处都有少量宇宙尘埃像雨一样落下，但地球沉积物的堆积速度也相当快。'

然而，在这项研究中，帕维亚更关注尘埃未出现的地方。'在上一个冰河时代，北极沉积物中几乎没有宇宙尘埃，'他说。

### 重建3万年北极海冰历史
研究团队提出，宇宙尘埃可作为卫星冰盖测量的替代指标。当海面被冰覆盖时，尘埃无法沉降到海底；而开阔水域则允许尘埃到达沉积物中。通过测量从北极三个地点采集的沉积岩芯中的宇宙尘埃含量，研究人员重建了过去3万年的海冰历史。

帕维亚表示，这三个研究地点'涵盖了现代冰盖覆盖的梯度范围'。一个地点靠近北极点，全年被冰覆盖；第二个位于9月季节性冰缘附近；第三个在1980年时持续被冰覆盖，但现在出现周期性无冰状况。

研究团队发现，持续冰盖覆盖的时期与沉积物中宇宙尘埃极少的时期相吻合。大约2万年前的上一个冰河时代就是如此。之后随着地球变暖，沉积样本中再次开始出现宇宙尘埃。

### 将冰盖变化与营养物质利用联系起来
研究人员还将重建的冰盖记录与营养物质可获得性数据进行了对比。他们发现，海冰覆盖率低时，营养物质消耗量最高；而随着冰盖增加，消耗量下降。

营养物质循环数据来自有孔虫（一种以氮为食的生物）曾经居住过的微小外壳。保存在这些外壳中的化学特征揭示了这些生物活着时对可获得营养物质的利用量。

'未来随着冰盖减少，我们预计北极浮游植物对营养物质的消耗量会增加，这将对食物网产生影响。'帕维亚说。

### 什么驱动营养物质变化
要理解为何营养物质利用会随冰盖减少而变化，还需更多研究。一种可能是，冰盖减少导致表层光合作用增加，从而提高营养物质吸收。另一种观点认为，融化的冰会稀释水中的营养物质浓度。

这两种情况都可能表现为营养物质消耗量增加，但只有第一种情况表明海洋生产力的提升。

该研究的其他合著者包括马萨诸塞大学波士顿分校的杰西·R·法默（Jesse R. Farmer）、美国地质调查局的劳拉·杰梅里（Laura Gemery）和托马斯·M·克罗宁（Thomas M. Cronin），以及加州理工学院的乔纳森·特雷夫科恩（Jonathan Treffkorn）和肯尼斯·A·法利（Kenneth A. Farley）。

这项研究得到了美国国家科学基金会和福斯特与科科·斯坦巴克博士后奖学金的支持。