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▲在剧烈的气候变暖影响下，北极沿岸原本坍塌并逐渐融化的古老冻土悬崖正遭受海水不断冲刷，每年将大量封存数千年的陆源有机碳与坍塌碎屑直接推入海洋。上图是侵蚀中的冻土海岸线。©Alfred Wegener Institute / Saskia Eppinger / TUM
北极陆地冻土像一座巨大的自然冷库，埋藏着约1300吉吨来自古老植物残骸的有机碳。然而，气候变暖正在迅速破坏这扇天然的冻结屏障。北极地区的升温速度远高于全球平均水平，导致冻土急剧融化，海岸线侵蚀加剧。每年约有0.02吉吨有机碳顺着河流和海岸侵蚀流向北极洋。根据科学预测，到2100年，这一数字可能会增长70%~150%。
这些从陆地奔向海洋的古老有机碳，究竟有多少会转化为温室气体排放到大气中，又有多少会被封存在海底？近日，德国阿尔弗雷德·魏格纳研究所（AWI）与不莱梅大学海洋环境科学中心（MARUM）的联合研究团队在《自然-地球科学》（Nature Geoscience）上发表的成果，为回答这一问题提供了重要依据。
研究团队将目光投向了加拿大赫歇尔岛（Herschel Island）附近的北极海岸。他们在此处采集了记录约50年沉积历史的海底沉积物岩芯。为了摸清碳的去向，研究人员分析了沉积物颗粒间缝隙——即孔隙水中的无机溶解碳浓度。微生物在“消化”有机碳并呼吸后会排出二氧化碳，孔隙水中的碳含量直接反映了微生物代谢的活跃度。
他们做了碳同位素分析。碳13同位素能清晰区分微生物吸收的碳究竟来自陆地植物还是海洋生物；而碳14同位素能精确测出这些单细胞生物更喜欢吞噬数千年前的古老冻土碳，还是近期生成的海洋藻类碳。同位素如同原子尺度的追踪器，揭示了海底微生物的饮食偏好。
分析结果出乎意料。虽然海岸侵蚀向海洋输送了极为庞大的有机碳，但其中仅有约10%被沉积物中的微生物分解、转化为气体，并逐步释放到大气中。绝大部分陆源有机碳并没有进入活跃的碳循环，而是被长久埋藏在海底沉积物里。
研究人员指出，出现这种现象的主要原因在于海底微生物是挑剔的“食客”。沉积物里的微生物具有明显的偏食倾向，它们极度偏好新鲜、易降解的藻类残体，对经历了漫长岁月、结构较为稳定的古老冻土碳缺乏兴趣。这意味着从陆地输送到海洋的冻土碳对大气温室气体增加的“贡献”，可能低于此前科学界的部分担忧。
不过，研究人员也指出了科学上的谨慎边界。这项测量针对的是沉积物阶段，部分冻土有机碳在从海岸运移到海底的水体流动过程中，可能就已经发生了分解。此外，陆源物质入海还会带来其他生态影响。大批被冲刷入海的沉积物颗粒会降低沿海水域的透光度，溶解的有机碳也会使水体颜色变深。依赖阳光进行光合作用的微藻是北极海洋食物网的基石，光照减少将直接抑制一次生产力，进而对鱼类、甲壳类动物乃至海豹等高营养级生物产生连锁反应。
为进一步阐明这些复杂的生态联动，国际科研团队计划在2027年发起名为“Arctic Pulse”的联合考察行动。届时，科学家将整合“极星号”（Polarstern）破冰船、科研飞机以及陆基观测站点，深入评估北极环境剧变对整个海洋生态系统的长远影响。
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资讯源 | Alfred Wegener Institute
文 | 张宇航
编辑 | 海潮君
排版 | 卢晓雨
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