改写海洋的化学语言：中国科学家发现，海洋正打破一条百年定律

在深邃的海洋中，一直存在着一个掌控着生命节律的“神秘配方”——碳、氮、磷这三种关键元素，始终维持着一个固定比例。这个一直被科学界奉为圭臬的规律，就是著名的“雷德菲尔德比率”。

然而，我国科学家通过分析跨越半个世纪的观测数据，惊奇地发现：这一经典规律正在发生系统性改变。究竟是什么力量在重新书写海洋的化学语言？这些变化又将如何影响我们赖以生存的蓝色星球？

定律的诞生

上世纪30年代，美国海洋学者雷德菲尔德在北大西洋进行科考时，通过反复测算海水及浮游生物样本，注意到了一个规律：不同海域的硝酸盐和磷酸盐浓度虽有所差异，但比值都保持在约20:1。

在进一步比较后，他又发现，各类浮游生物体内的氮磷比例和海水营养盐比例也惊人一致。由此，他提出了一个假说，即浮游生物的生长死亡过程中，吸收和释放营养盐的过程，塑造了稳定的比例。

1958年，他又将碳纳入比例关系中，最终得出，海水中碳、氮、磷这三种关键生命元素的含量比例都稳定在106:16:1左右。

这个发现就是著名的"雷德菲尔德比率"。这个特定比例的形成正如雷德菲尔德假设的那样，正是浮游植物的生命活动所塑造。

无论是微小的藻类还是浮游动物，在生长过程中吸收养分时，都默契地遵循着这个固定比例。当海洋生物死亡后，它们的遗骸在分解过程中，又会按照基本相同的比例将养分释放回海水中。

这就形成了一个精密的自然循环系统，维持着海洋物质循环的动态平衡。而这个比例之所以能长期保持稳定，又得益于海洋中两大过程的默契配合——固氮作用和反硝化作用。

一部分的海洋生物，会将大气中的氮转化为生物可用的形式，实现固氮；另一部分则将过剩的氮重新转化为氮气排入大气。缺氮时，转化过程增强；氮过量时，释放过程加快。这套自然的双向调节，长久维系着海洋元素的平衡。

定律正在改写

今年7月，由我国科学家牵头的国际团队对这一经典规律提出了全新见解。

团队系统整合了1971至2020年间来自各大洋区、从海面到千米深度的超过5.6万份浮游生物样本及近38.9万份海水样本数据，构建了迄今最全面的海洋元素比例数据库。通过对这些数据的深入分析，研究人员发现了两个维度的变化规律。

在空间维度上，海洋并非均质混合的“一锅汤”，其元素比例呈现出精细分层结构。

在光照充足的表层海水里，大量的浮游藻类通过光合作用，把碳元素锁在自己体内。当它们死亡后，随着残骸沉降到深海，在被分解的过程中，碳会更容易变为二氧化碳，而氮、磷则更多地保留在海水中。

这样的运行机制，使得海水中随着深度增加，碳与氮、碳与磷的比值呈下降趋势。更引人深思的变化发生在时间维度上。

通过对过去50年数据的分析，研究人员发现浮游生物体内的碳与磷，氮与磷总体呈一个上升趋势，这表明整个海洋生态系统正面临日益严重的"磷饥饿"问题。

然而，在2007年前后，持续数十年的上升趋势开始放缓甚至出现下降。这个转折点，恰好与农田耕作、水土流失等人类活动向海洋输送的磷显著增多的时期吻合。这表明，人类对自然界的影响已经大到足以打破海洋化学成分的自然稳定。

这些发现共同指向一个核心结论：曾被奉为经典的雷德菲尔德比率，其实并非一成不变，它正在随海域层次和时间推移悄然改变，这要求我们必须以全新的视角，重新审视海洋与地球未来的关系。

重塑海洋未来

关于这场变化背后的原因，我国研究团队指出了两个相互关联的关键因素：人类行为和气候改变。

一方面，农业施肥、生活污水和工业排放等人类活动，将大量原本不属于海洋的元素带入大海，这正是2007年后海水磷含量增加的重要原因。

另一方面，全球变暖导致的海水升温，加剧了海洋的分层现象——随着表层水温升高，各水层之间的混合作用减弱，这不仅限制了富含营养的深海水对表层的补给，也改变了有机物沉降分解的整个过程，最终重塑了海洋的化学格局。

作为地球上最重要的"碳库"之一，海洋的吸碳能力一直备受关注。

过去科学家们基于固定的雷德菲尔德比率来估算海洋能吸收多少二氧化碳，而如今这个比例正在动态变化，意味着未来我们需要调整对海洋碳汇能力的评估。更重要的是，这一变化表明海洋吸收二氧化碳的能力可能不如我们原先认为的那样稳定可靠。

这带来另一个值得关注的情况：空气中二氧化碳的积聚速度很可能超出预估，从而给未来气候的研判带来更多变数。而另一方面，海洋生物赖以生存的营养基础也在调整，这可能导致整个生态体系的运作方式发生根本性转变。

从最基础的浮游生物乃至整个大洋食物链都可能受到影响，最终可能导致生态位的重新洗牌：那些能够适应高碳磷比、对磷需求较低的物种可能会占据优势，而其他物种则可能面临生存挑战——我们熟悉的海洋生态格局，或许正在悄然改变。

结尾

科学认知需要不断更新。昨天的定律可能不再适用于今天的海洋，这既带来挑战，也蕴含着机遇——让人类有机会更早认清现实，调整行动。

保护海洋不再只是保护某种生物或某个海域，而是要从维护整个海洋最基本的化学平衡做起。毕竟，在这颗蓝色星球上，每一次微小的化学变化，最终都会通过海流、气候和食物链，与每个人的生活紧密相连。