從海面到1500米深海，這群動物每天往返一次，卻影響著全球氣候

本文來源于海潮天下（Marine Biodiversity）

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出品 | 海潮天下

每天夜晚，當人類多半已在睡夢之中，海洋中悄然發(fā)生著一場規(guī)模空前的遷徙。數(shù)以十億計的魚類、水母、以及其他海洋生物從深海向上游動，在接近海面的水層覓食。天亮之前，它們又迅速返回深處。如此這般，周而復(fù)始，亙古不變。這種每天重復(fù)一次的晝夜垂直遷徙，被認為是地球上規(guī)模最大的動物遷徙活動。

長期以來，科學家關(guān)注這場遷徙更多是出于生態(tài)學興趣，例如捕食關(guān)系、能量流動和生物行為等問題，等等。近年來，研究人員逐漸意識到，這些每天上下往返的生物，可能還在承擔另一項重要工作——將碳從海洋表層輸送到深海。

2026年初至春季，兩支國際科研團隊在西南大西洋開展了連續(xù)數(shù)月的海洋調(diào)查，他們希望弄清一些長期缺乏數(shù)據(jù)支撐的關(guān)鍵問題。這些研究都是圍繞著海洋生物泵展開的。

所謂“生物泵”（Biological Pump），是海洋儲存碳的重要機制之一。海洋表層的生物進行光合作用、或攝食活動吸收碳，而后借助死亡沉降、排泄以及食物鏈傳遞等過程，將部分碳輸送到深層海水。進入深海的碳能夠在那里停留很長時間，因此，這一過程對全球碳循環(huán)具有重要影響。

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▲亞熱帶大洋環(huán)流區(qū)直徑可達數(shù)千公里，平均水深超過4000米，是地球上規(guī)模最大的連續(xù)生物群落之一。所謂環(huán)流，是由全球風場和地球自轉(zhuǎn)驅(qū)動的大型持久性旋轉(zhuǎn)流系，各大洋盆地中均有分布。這些海域表層水體的營養(yǎng)鹽通常極為匱乏，但據(jù)估算，全球海洋約20%的初級生產(chǎn)力發(fā)生在亞熱帶環(huán)流區(qū)，而這類生態(tài)系統(tǒng)對深海碳輸出的貢獻可能占到全球海洋總量的一半。要更準確地判斷氣候變化對海洋的影響，必須首先厘清這些海域的生物地球化學過程。上圖來自 ?Schmidt Ocean Institute

第一項研究由美國華盛頓大學的海洋生物地球化學家阿尼特拉·英格爾斯（Anitra Ingalls）領(lǐng)導。研究團隊將目光聚焦于那些參與晝夜垂直遷徙的動物，希望了解它們是否是深海碳輸送過程中被長期低估的重要力量。

▲上圖：阿尼特拉·英格爾斯（華盛頓大學首席科學家、教授）在一次下潛作業(yè)期間，于船上任務(wù)控制中心監(jiān)視遙控潛水器的屏幕。?Alex Ingle / Schmidt Ocean Institute

在第一項調(diào)查中，研究人員沿著南美洲東部外海航行，從阿根廷附近海域一直到巴西外海，重點考察參與晝夜垂直遷徙的動物。

這些生物每天在海面附近攝取富含有機碳的食物，然后攜帶著這些物質(zhì)下潛。部分動物能夠到達約1500米深的海域。在這個過程中，食物被逐漸消化，最終以排泄物、或其他代謝產(chǎn)物的形式釋放出來。原本停留在海洋表層的碳，也隨之被帶入深海。

過去，科學界更多關(guān)注死亡生物殘體、以及有機顆粒的自然下沉，因為這些過程相對容易觀測一些。至于遷徙動物主動運輸碳的作用，一直是缺乏足夠數(shù)據(jù)的。不奇怪，因為這些生物數(shù)量龐大、分布廣泛，而且每天都在移動，很難進行系統(tǒng)監(jiān)測。

隨著采樣技術(shù)和深海觀測手段的發(fā)展，研究人員開始獲得越來越多的證據(jù)。許多學者認為，這些往返于不同深度之間的動物，可能是海洋碳輸送網(wǎng)絡(luò)中一個長期被低估的組成部分。

調(diào)查過程中，研究團隊還收集了大量動物樣本，希望進一步分析它們體內(nèi)的微生物群落。

科學家尤其關(guān)注腸道微生物（Gut Microbiomes）在營養(yǎng)循環(huán)中的作用。一些研究表明，微生物能夠合成維生素B12等關(guān)鍵營養(yǎng)物質(zhì)。研究人員正在嘗試確認，這些營養(yǎng)成分是否會隨著動物下潛而進入深海生態(tài)系統(tǒng)，并為深層生物提供支持。

此次調(diào)查獲得的樣本中，還包括一些此前未在南大西洋記錄過的物種。部分樣本可能屬于尚未正式命名的新物種，相關(guān)鑒定工作仍在進行。

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▲上圖：馬修·丘奇（蒙大拿大學首席科學家、教授）在“法爾科號（too）”科考船的主實驗室內(nèi)用移液管吸取水樣，這是浮游生物與有機碳研究實驗的一部分。?Bernarda Cornejo Pinto / Schmidt Ocean Institute

第二項研究則關(guān)注另一類同樣關(guān)鍵、卻更難直接觀察的海洋生物——浮游植物。該項目名為SUBSEA，由美國蒙大拿大學的馬修·丘奇（Matthew Church）教授領(lǐng)導，研究地點位于巴西海岸外約320公里的東南大西洋環(huán)流區(qū)。

跟遷徙動物相比，第二項調(diào)查的研究對象體型小得多，但同樣影響著海洋中的碳流動。

▲上圖：2026年3月3日~4月6日，施密特海洋研究所“法爾科號（too）”科考船執(zhí)行了SUBSEA第一航段任務(wù)。這是計劃中的兩次南大西洋亞熱帶考察的首航，聚焦于營養(yǎng)鹽循環(huán)、初級生產(chǎn)力及碳輸出過程。此次航次隸屬于施密特科學研究所海洋生物地球化學虛擬研究所（OBVI）的研究框架，來自多個國家的科學家、技術(shù)工程師、輪機人員及學生共35人，在海上開展了連續(xù)不間斷的作業(yè)。圖片來源：subsea

該研究團隊將目光投向東南大西洋環(huán)流區(qū)。大洋環(huán)流是由大型洋流形成的廣闊海域，覆蓋面積廣袤。由于營養(yǎng)鹽含量較低，這些區(qū)域常被稱為“海洋荒漠”。

從衛(wèi)星圖像上，人們可以看到海面浮游植物的分布情況。不過，科學家更感興趣的是生活在約100米深處的一群浮游植物。

這個深度處于上層海洋的微光區(qū)域。陽光已經(jīng)明顯減弱，但仍足以支持部分光合作用。由于衛(wèi)星無法穿透海水進行觀測，這里的生態(tài)過程長期缺乏直接數(shù)據(jù)。

不過，此次科考期間，研究團隊恰好遇到一次大型浮游植物水華進入衰退階段。大量表層浮游植物死亡后，有機物開始下沉、并分解。

于是乎，研究人員提出了一種可能性：這些來自表層的有機殘體，會在下沉過程中釋放營養(yǎng)物質(zhì)，為更深處的浮游植物提供生長所需資源。換句話說，表層生態(tài)系統(tǒng)產(chǎn)生的“有機碎屑”，可能成為微光帶浮游植物的重要養(yǎng)分來源。

不過，這一過程目前仍有許多疑問尚待解答。

例如，維持這些浮游植物生長所需的鐵、磷和氮究竟來自哪里？不同營養(yǎng)元素的補給機制是否相同？微生物活動在其中發(fā)揮多大作用？……這些問題都會影響科學家對碳輸送效率的判斷。

之所以關(guān)注這些細節(jié)，是因為海洋承擔著吸收大氣中二氧化碳的重要功能。目前估計，人類活動產(chǎn)生的二氧化碳排放量中，大約有1/3會被海洋吸收。但，這些碳最終有多少能夠進入深海、并長期儲存呢？目前許多關(guān)鍵環(huán)節(jié)仍是不夠清楚的。

從夜間上浮覓食的魚類和水母，到生活在微光帶中的浮游植物，看似毫不相關(guān)的生物過程，實際上都參與著海洋內(nèi)部的碳運輸。過去幾十年，由于觀測難度較高，這些過程獲得的關(guān)注相對有限。隨著深海探測設(shè)備和海洋生物地球化學研究不斷發(fā)展，科學家正在逐步補上這些空白。

此次考察期間，該團隊綜合利用了多種觀測手段，包括船載CTD剖面儀、表面漂流浮標、水下滑翔機、自主剖面浮標、McLane大體積過濾泵以及Wirewalker浪致剖面儀等設(shè)備，對顆粒物的垂向輸運及初級生產(chǎn)力相關(guān)因子進行了比較系統(tǒng)的測量。獲取的數(shù)據(jù)將為深入理解亞熱帶海洋生態(tài)系統(tǒng)的營養(yǎng)鹽循環(huán)和碳輸出提供重要支撐。

對于研究全球碳循環(huán)而言，這些來自深海和遠洋的數(shù)據(jù)十分重要。許多影響氣候系統(tǒng)的關(guān)鍵過程，并不發(fā)生在海面上，而是隱藏在數(shù)百米、甚至上千米深的海水之中。理解這些過程如何運作，有助于提高人們對海洋碳儲存能力的認識，也能為未來相關(guān)研究提供更可靠的依據(jù)。

海洋碳循環(huán)·前沿

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資訊源 | Schmidt Ocean Institute

文 | 王海詩

排版 | 盧曉雨

時間 | 2026年7月4日

【參考資料】
感興趣的海潮天下（Marine Biodiversity）讀者可以參看該報道的全文：
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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