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海洋中一些最小的生物对它们的生态系统和地球都具有巨大的影响力。就像陆地上的植物一样，浮游植物吸收阳光和二氧化碳，然后释放氧气。事实上，它们处理这两种气体的量如此之大，以至于它们负责了全球光合作用固定的碳的一半和大气中氧气的一半。浮游植物还作为食物网的基础，是它们动物对应物——浮游动物——的重要食物来源，而浮游动物又以许多其他生物为食，从小鱼到甲壳类动物。
随着人类在减少温室气体排放方面远远落后于应有的水平，研究人员正转向浮游植物寻求帮助。他们正在探索如何像农民施肥作物一样施肥海洋，帮助这些微小生物生长得更多，并最终沉入深海，将碳带走。但科学家们仍在探索这种海洋施肥周围的许多未知因素，例如在哪里施肥最合适，以及以何种形式、数量和比例施肥。然后，他们还必须考虑可能在生态系统中产生的意想不到的副作用。
“通过引入相对少量的微量营养素，主要是铁，可以产生大量的生物质，因此成本效益也可能相当可观，”Ocean Visions 的高级研究员 Eric Schwaab 说，Ocean Visions 正在探索浮游植物施肥的研究方向。“但显然，巨大的‘但是’在于巨大的问题。”
为了回答这些问题，上个月科学家们在《One Earth》杂志上发表了一项研究，他们在其中模拟了环绕南极洲的南大洋中浮游植物和营养素之间的相互作用。研究人员早就知道，向海洋中添加铁会导致浮游植物大量繁殖（早在 20 世纪 80 年代，一位科学家就宣称：“给我半油罐的铁，我就会给你一个冰河时代”），并且他们已经在小范围内进行了实验。但这项模型研究包含了这些生物所渴求的其他元素，如钴、锌和硅。
研究人员说，这是一个关键的考虑因素，因为不同种类的浮游植物以不同的比例使用营养素。虽然所有种类都需要铁，但被称为硅藻的一类会迅速消耗锌和硅，硅藻利用硅来构建外壳。但另一类，鞭毛虫，则消耗钴的速度更快。
因此，如果研究人员想尝试对南大洋进行施肥实验，他们可以利用这种模型来靶向硅藻，因为它们比鞭毛虫大，并且可以储存更多的碳。由于它们的外壳，它们下沉的速度也更快。“通过选择它们所需的元素，你可以引导其中一个物种的发展超过另一个，这样它们就会优先繁殖，而不是其他的，”比利时布鲁塞尔自由大学环境科学家、该论文的首席作者 Willy Baeyens 说。
这就是生态考虑因素发挥作用的地方，生态学家将不得不研究操纵自然的潜在影响。“我们是否会刺激到错误的硅藻，例如有毒的假裸甲藻，然后它们会产生大量的多重酸，这对生态系统造成损害？”加州大学圣地亚哥分校斯克里普斯海洋研究所的海洋生物地球化学家 Katherine Barbeau 问道，她研究金属与浮游生物的相互作用，但并未参与此项研究。（多重酸是一种强烈的神经毒素，会导致海狮等海洋哺乳动物生病，并且可以通过受污染的海产品传播给人类。）“当然，人们提出了这类担忧。”
由于这些生物是浮游动物的食物，研究人员必须确保特定浮游植物种群的变化不会在食物链中造成进一步的问题。事实上，这些浮游动物在储存二氧化碳方面至关重要：它们吞食浮游植物，然后将碳以粪便颗粒的形式排出，这些颗粒会沉到海底。
浮游植物施肥也可能改变海洋化学。当这些微小生物死亡时，细菌会以它们为食，并吸收水中的氧气。当浮游植物大量繁殖时，它们会造成“死亡区”，鱼类和其他生物大量死亡。“当然，你必须在非常大的规模上进行施肥才能造成这类干扰，”Barbeau 说。“但我猜如果你想通过施肥来对大气二氧化碳产生影响，那正是你想要做的。”
该技术究竟能捕获多少二氧化碳仍然是一个悬而未决的问题。例如，科学家们需要确认进入硅藻的碳量，以及这些碳如何被包装在浮游动物的粪便颗粒中，其中有多少会沉降，以及它会在海底停留多久。模型可以预测这些事情，但研究人员必须在海洋中进行更长期的实验来确认。“我们相信这项技术有潜力帮助稳定气候，但我们非常感兴趣的是解决这些问题：它是否有效，它如何工作，以及可能产生哪些后果，”海洋学家、莫斯兰丁海洋实验室助理教授 Sarah Smith 说，她是研究小组“探索海洋铁解决方案”的指导委员会成员。“我们非常希望确保‘治疗’不会比‘疾病’更糟糕。”
科学家们已经能够观察到地球本身施肥海洋时会发生什么。2019 年和 2020 年，澳大利亚的野火喷洒了富含铁的烟雾，这些烟雾落入南大洋，产生了大量的浮游植物水华。2019 年，夏威夷的基拉韦厄火山喷发出一股五英里高的火山灰，可能形成了北太平洋有记录以来最大的水华。
人类也一直在不知不觉中进行一项大型的浮游植物施肥实验。当东亚的工业冶炼金属或燃烧煤炭时，它们会在空气污染中释放铁，这些铁会降雨落入北太平洋：一项最近的研究发现，当地海水样本中 39% 的铁来自人类活动，极大地促进了浮游植物的生长。
然而，这些自然和意外的实验是免费的。南大洋远离一切，部署浮游植物施肥船将需要成本。然而，这片水域之所以成为一个诱人的目标，正是因为它与世隔 Combien：其他被陆地环绕的海洋，如大西洋，河流和风将陆地上的金属带入海中，为浮游植物提供养分。由于南大洋周围的陆地很少——南极洲被冰封——因此有更多潜力补充养分并鼓励更多生长。“你不能乘坐一艘小型划艇去南大洋的中间，”Baeyens 说。“现在这是一个非常大的挑战，去哪里找到有兴趣进行一些试点实验的赞助商。”
探索这一切的专家们很快指出，人类无法通过施肥来摆脱气候危机。是的，联合国政府间气候变化专门委员会表示，各国将不得不部署这类负排放技术，但他们首先必须停止燃烧化石燃料。“如果我们不能首先控制我们的气候污染，这些东西就没有任何用处，”Schwaab 说。“任何负责任的人都不会将此视为替代我们经济脱碳到适当水平的一种方式。”
本文最初发表在 Grist 上，网址是 https://grist.org/climate/the-tiny-ocean-organisms-that-could-help-the-climate-in-a-big-way/。
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