从海面到1500米深海，这群动物每天往返一次，却影响着全球气候

本文来源于海潮天下（Marine Biodiversity）

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出品 | 海潮天下

每天夜晚，当人类多半已在睡梦之中，海洋中悄然发生着一场规模空前的迁徙。数以十亿计的鱼类、水母、以及其他海洋生物从深海向上游动，在接近海面的水层觅食。天亮之前，它们又迅速返回深处。如此这般，周而复始，亘古不变。这种每天重复一次的昼夜垂直迁徙，被认为是地球上规模最大的动物迁徙活动。

长期以来，科学家关注这场迁徙更多是出于生态学兴趣，例如捕食关系、能量流动和生物行为等问题，等等。近年来，研究人员逐渐意识到，这些每天上下往返的生物，可能还在承担另一项重要工作——将碳从海洋表层输送到深海。

2026年初至春季，两支国际科研团队在西南大西洋开展了连续数月的海洋调查，他们希望弄清一些长期缺乏数据支撑的关键问题。这些研究都是围绕着海洋生物泵展开的。

所谓“生物泵”（Biological Pump），是海洋储存碳的重要机制之一。海洋表层的生物进行光合作用、或摄食活动吸收碳，而后借助死亡沉降、排泄以及食物链传递等过程，将部分碳输送到深层海水。进入深海的碳能够在那里停留很长时间，因此，这一过程对全球碳循环具有重要影响。

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▲亚热带大洋环流区直径可达数千公里，平均水深超过4000米，是地球上规模最大的连续生物群落之一。所谓环流，是由全球风场和地球自转驱动的大型持久性旋转流系，各大洋盆地中均有分布。这些海域表层水体的营养盐通常极为匮乏，但据估算，全球海洋约20%的初级生产力发生在亚热带环流区，而这类生态系统对深海碳输出的贡献可能占到全球海洋总量的一半。要更准确地判断气候变化对海洋的影响，必须首先厘清这些海域的生物地球化学过程。上图来自 ©Schmidt Ocean Institute

第一项研究由美国华盛顿大学的海洋生物地球化学家阿尼特拉·英格尔斯（Anitra Ingalls）领导。研究团队将目光聚焦于那些参与昼夜垂直迁徙的动物，希望了解它们是否是深海碳输送过程中被长期低估的重要力量。

▲上图：阿尼特拉·英格尔斯（华盛顿大学首席科学家、教授）在一次下潜作业期间，于船上任务控制中心监视遥控潜水器的屏幕。©Alex Ingle / Schmidt Ocean Institute

在第一项调查中，研究人员沿着南美洲东部外海航行，从阿根廷附近海域一直到巴西外海，重点考察参与昼夜垂直迁徙的动物。

这些生物每天在海面附近摄取富含有机碳的食物，然后携带着这些物质下潜。部分动物能够到达约1500米深的海域。在这个过程中，食物被逐渐消化，最终以排泄物、或其他代谢产物的形式释放出来。原本停留在海洋表层的碳，也随之被带入深海。

过去，科学界更多关注死亡生物残体、以及有机颗粒的自然下沉，因为这些过程相对容易观测一些。至于迁徙动物主动运输碳的作用，一直是缺乏足够数据的。不奇怪，因为这些生物数量庞大、分布广泛，而且每天都在移动，很难进行系统监测。

随着采样技术和深海观测手段的发展，研究人员开始获得越来越多的证据。许多学者认为，这些往返于不同深度之间的动物，可能是海洋碳输送网络中一个长期被低估的组成部分。

调查过程中，研究团队还收集了大量动物样本，希望进一步分析它们体内的微生物群落。

科学家尤其关注肠道微生物（Gut Microbiomes）在营养循环中的作用。一些研究表明，微生物能够合成维生素B12等关键营养物质。研究人员正在尝试确认，这些营养成分是否会随着动物下潜而进入深海生态系统，并为深层生物提供支持。

此次调查获得的样本中，还包括一些此前未在南大西洋记录过的物种。部分样本可能属于尚未正式命名的新物种，相关鉴定工作仍在进行。

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▲上图：马修·丘奇（蒙大拿大学首席科学家、教授）在“法尔科号（too）”科考船的主实验室内用移液管吸取水样，这是浮游生物与有机碳研究实验的一部分。©Bernarda Cornejo Pinto / Schmidt Ocean Institute

第二项研究则关注另一类同样关键、却更难直接观察的海洋生物——浮游植物。该项目名为SUBSEA，由美国蒙大拿大学的马修·丘奇（Matthew Church）教授领导，研究地点位于巴西海岸外约320公里的东南大西洋环流区。

跟迁徙动物相比，第二项调查的研究对象体型小得多，但同样影响着海洋中的碳流动。

▲上图：2026年3月3日~4月6日，施密特海洋研究所“法尔科号（too）”科考船执行了SUBSEA第一航段任务。这是计划中的两次南大西洋亚热带考察的首航，聚焦于营养盐循环、初级生产力及碳输出过程。此次航次隶属于施密特科学研究所海洋生物地球化学虚拟研究所（OBVI）的研究框架，来自多个国家的科学家、技术工程师、轮机人员及学生共35人，在海上开展了连续不间断的作业。图片来源：subsea

该研究团队将目光投向东南大西洋环流区。大洋环流是由大型洋流形成的广阔海域，覆盖面积广袤。由于营养盐含量较低，这些区域常被称为“海洋荒漠”。

从卫星图像上，人们可以看到海面浮游植物的分布情况。不过，科学家更感兴趣的是生活在约100米深处的一群浮游植物。

这个深度处于上层海洋的微光区域。阳光已经明显减弱，但仍足以支持部分光合作用。由于卫星无法穿透海水进行观测，这里的生态过程长期缺乏直接数据。

不过，此次科考期间，研究团队恰好遇到一次大型浮游植物水华进入衰退阶段。大量表层浮游植物死亡后，有机物开始下沉、并分解。

于是乎，研究人员提出了一种可能性：这些来自表层的有机残体，会在下沉过程中释放营养物质，为更深处的浮游植物提供生长所需资源。换句话说，表层生态系统产生的“有机碎屑”，可能成为微光带浮游植物的重要养分来源。

不过，这一过程目前仍有许多疑问尚待解答。

例如，维持这些浮游植物生长所需的铁、磷和氮究竟来自哪里？不同营养元素的补给机制是否相同？微生物活动在其中发挥多大作用？……这些问题都会影响科学家对碳输送效率的判断。

之所以关注这些细节，是因为海洋承担着吸收大气中二氧化碳的重要功能。目前估计，人类活动产生的二氧化碳排放量中，大约有1/3会被海洋吸收。但，这些碳最终有多少能够进入深海、并长期储存呢？目前许多关键环节仍是不够清楚的。

从夜间上浮觅食的鱼类和水母，到生活在微光带中的浮游植物，看似毫不相关的生物过程，实际上都参与着海洋内部的碳运输。过去几十年，由于观测难度较高，这些过程获得的关注相对有限。随着深海探测设备和海洋生物地球化学研究不断发展，科学家正在逐步补上这些空白。

此次考察期间，该团队综合利用了多种观测手段，包括船载CTD剖面仪、表面漂流浮标、水下滑翔机、自主剖面浮标、McLane大体积过滤泵以及Wirewalker浪致剖面仪等设备，对颗粒物的垂向输运及初级生产力相关因子进行了比较系统的测量。获取的数据将为深入理解亚热带海洋生态系统的营养盐循环和碳输出提供重要支撑。

对于研究全球碳循环而言，这些来自深海和远洋的数据十分重要。许多影响气候系统的关键过程，并不发生在海面上，而是隐藏在数百米、甚至上千米深的海水之中。理解这些过程如何运作，有助于提高人们对海洋碳储存能力的认识，也能为未来相关研究提供更可靠的依据。

海洋碳循环·前沿

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资讯源 | Schmidt Ocean Institute

文 | 王海诗

排版 | 卢晓雨

时间 | 2026年7月4日

【参考资料】
感兴趣的海潮天下（Marine Biodiversity）读者可以参看该报道的全文：
https://www.schmidtsciences.org/worlds-largest-animal-migration-and-ocean-gyres-play-critical-roles-in-global-carbon-cycle/
https://www.schmidtsciences.org/obvi/#modal-subtropical-underwater-biogeochemistry-and-subsurface-export-alliance-subsea
https://subsea-ocean.github.io/

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