研究发现海底地震可能是南大洋巨型浮游植物暴发的暗中推手

每年，南大洋都会出现大规模浮游植物暴发，从大气中吸收二氧化碳，并为南极海洋食物网提供能量来源。长期以来，科学界通常将这一年度“生命脉冲”归因于阳光、风力和洋流等传统因素，但一项由斯坦福大学主导的新研究提出，隐藏在海床之下的地震活动，可能在这一过程中扮演了关键而被忽视的角色。

研究团队通过结合卫星观测数据与地震记录分析南大洋海域，重点考察夏季前数月（南半球夏季来临之前）海底5级及以上地震对海面生态系统的影响。结果显示，在这些较强地震频发的年份，当地在随后浮游植物生长高峰期的海面暴发规模更大、生产力更高，年际之间的差异十分显著。研究第一作者Casey Schine指出，在卫星影像中，这一年度浮游植物暴发的面积有时可相当于美国加利福尼亚州，有时却缩减至相当于特拉华州，而背后的主要控制因子正是前几个月的地震活动强弱。

新研究认为，地震通过增强海底热液系统的活动，从而间接“投喂”海面浮游植物。所谓热液喷口，可被视为海底“天然管道网络”：海水渗入地壳深部后被加热，溶解出铁、锰等多种金属及微量元素，随后以富营养的热液形式重新喷出进入海水。这些金属元素尤其是铁，是浮游植物生长的关键营养物质之一。

在正常情况下，大部分热液物质被“锁”在深层海水中，难以及时上升至光照充足的表层。但当海底发生地震、岩石圈破裂时，热液系统会在短时间内被“加码”，大量含铁热液被释放并更有效地向上混合。研究将这一过程形象比喻为“搅动一口沉寂已久的大锅”：一次震动足以将沉积在海底的营养物质重新搅入水体，最终为上层生态系统输送养分。

值得注意的是，该研究首次在定量层面建立了“海底地震活动—海面浮游植物暴发”之间的直接联系。团队发现，从喷口释放出的铁元素，需要在数周到数月内向上跨越近1，830米水深，才能真正进入受光照条件支配的表层水体。这一上升速度远快于此前主流观点中“需耗时数十年才能抵达海面”的推断，从而对热液铁参与海洋生物地球化学循环的传统认识提出挑战。

在南大洋，铁是限制浮游植物繁殖的关键瓶颈营养盐之一，即便阳光与其他营养盐充足，铁匮乏仍会压制浮游植物种群扩张。因此，一旦海底地震触发热液系统加强并释放大量铁元素，就可能在短时间内显著放大浮游植物暴发规模。这类暴发向上支撑着浮游动物、鱼类以及更高营养级的捕食者，同时也增强了海洋从大气中“抽取”碳的能力。

浮游植物通过光合作用吸收二氧化碳，并将其固定在细胞之中，这一过程构成了“生物泵”的基础环节。当浮游植物暴发扩大时，表层海水中被移除的二氧化碳增多，随后随着生物死亡沉降或被捕食后碎屑下沉，更多碳被输送至深海长期储存。不过，这一由地震驱动的铁输入机制在全球碳循环中的占比目前仍属未知。

论文通讯作者Kevin Arrigo指出，全球还有许多海域存在活跃的热液喷口系统，向海洋持续释放微量金属，理论上都可能对局地浮游植物生长和碳吸收产生类似效应。然而，这些深海区域往往极难实地采样，现有观测能力有限，因此要精确评估其在行星尺度上的影响仍具挑战。

研究同时强调，地震并非连续稳定的营养盐来源，而是一种偶发、突发性的“脉冲事件”。传统海洋生态与气候模型，多将风场、洋流及季节性混合等持续性物理过程视为主导因素，而忽略了这类间歇却可能带来“超额响应”的地质事件。此次成果表明，将这些偶发的地震营养输入纳入考量，有助于更细致地刻画海洋生产力的年际波动，尤其是在像南大洋这样长期受到营养盐限制的敏感区域。

展望未来，研究团队认为，下一步关键在于厘清海底地震、深海环流与营养输运之间更复杂的耦合机制，并找出全球海洋中还存在哪些“地质—生物”隐藏联动带。随着观测和监测技术的持续进步，地震活动或将成为科学界在评估海洋对环境变化响应时必须考虑的又一重要变量。该项研究已发表于《Nature Geoscience》期刊，并由斯坦福大学Doerr可持续发展学院对外发布。