圖為模擬海洋雪形成過(guò)程，探究海洋雪形成的動(dòng)力學(xué)和微生物機(jī)制。付杰 繪圖

在探索廣袤無(wú)垠的深海環(huán)境時(shí)，海水中紛紛揚(yáng)揚(yáng)的“雪花”映入了科研人員的眼簾。造就這種壯觀雪景的“海洋雪”，不同于通常意義的冰晶雪花，而是一種大于0.5毫米的固體聚集物，其成分主要包括礦物碎片、細(xì)菌黏液、浮游植物，以及浮游動(dòng)物排泄物等。近日，我們的課題組在國(guó)際期刊《水研究》雜志上發(fā)表了關(guān)于海洋雪的最新研究成果，揭示了納米污染物銀納米顆粒對(duì)海洋雪早期形成階段的積極影響。

海洋雪在海洋生態(tài)系統(tǒng)中發(fā)揮著非常重要的作用。它提供相對(duì)獨(dú)立的微尺度環(huán)境，從周?chē)暮Ｋ懈患Ｑ笪⑸锖蜖I(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，形成廣泛斑塊狀分布的海洋生物群落。同時(shí)，海洋雪發(fā)揮著縱向輸送介質(zhì)的作用，為在不同海洋深度分布的浮游動(dòng)物、魚(yú)類等海洋生物提供重要的食物來(lái)源。

海洋雪被視為深海和底棲生態(tài)系統(tǒng)的基礎(chǔ)，因?yàn)殛?yáng)光不能到達(dá)這些區(qū)域，深海生物嚴(yán)重依賴海洋雪作為物質(zhì)和能量的來(lái)源。美國(guó)國(guó)家海洋和大氣管理局的科研人員測(cè)量了海洋雪中的可用物質(zhì)，發(fā)現(xiàn)其中含有大量的碳和氮有機(jī)化合物，可以養(yǎng)活深海中的許多食腐動(dòng)物。

在地球的碳循環(huán)過(guò)程中，海洋雪在一定程度上也發(fā)揮著緩解溫室效應(yīng)的重要作用。以二氧化碳形式存在的碳，可以被海洋中的浮游植物通過(guò)光合作用固定，同時(shí)浮游植物也可將碳摻入由碳酸鈣組成的外殼中。隨后，浮游植物與其他組分一起混合聚集，以海洋雪的形式被輸送到深海底部。這些被固定的碳物質(zhì)在很長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)不會(huì)再進(jìn)入大氣。通過(guò)這種方式，海洋雪不僅降低了地球大氣中的碳濃度，而且也有效減少了海洋酸化的威脅。因此，海洋雪的形成和縱向輸送沉降過(guò)程，對(duì)海洋生態(tài)食物鏈和全球碳循環(huán)起到了至關(guān)重要的作用。

隨著近幾十年來(lái)全球氣候變暖，海洋溫度在不斷上升，這導(dǎo)致海洋雪不斷聚攏，形成黏液物質(zhì)。這些黏液物質(zhì)經(jīng)常在地中海沿岸被觀察到。它們會(huì)形成黏液團(tuán)困住海洋生物，使其窒息而亡。形成的大型黏液物質(zhì)沉入海底，猶如一張巨大的密網(wǎng)籠罩住海底生物，造成嚴(yán)重的生態(tài)危機(jī)。此外，每年大約有超過(guò)800萬(wàn)噸的塑料垃圾從陸地流入海洋。這些塑料垃圾經(jīng)過(guò)紫外線風(fēng)化和一系列物理機(jī)械作用后，會(huì)形成大量的微塑料顆粒，而海洋雪成為這些微塑料顆粒進(jìn)入深海的主要途徑之一。

海洋雪與微塑料顆粒結(jié)合，變成“塑料雪”，這將給海洋生態(tài)系統(tǒng)帶來(lái)嚴(yán)重的影響。因此，微塑料顆粒與海洋雪的相互作用機(jī)制是一個(gè)非常值得研究的問(wèn)題。

近年來(lái)，納米污染物已被證實(shí)存在于自然環(huán)境中，包括水、土壤、大氣等。納米銀就是粒徑為納米級(jí)的金屬銀單質(zhì)。作為應(yīng)用最廣泛的納米材料之一，納米銀在海洋中的濃度在每升納克到每升微克水平范圍內(nèi)。鑒于納米銀的強(qiáng)烈生物化學(xué)活性和微生物在海洋雪形成中的重要作用，我們的課題組探究了納米銀對(duì)海洋雪形成的影響及其潛在的微生物機(jī)制。2022年，我們的課題組在國(guó)際期刊《環(huán)境科學(xué)與技術(shù)》上發(fā)表研究論文，指出納米銀可以抑制海洋雪的形成。然而，在最新的研究中，我們的課題組發(fā)現(xiàn)納米銀可以通過(guò)與形成的海洋雪相互作用而累積較大的絮塊。因此，納米銀對(duì)海洋雪的影響在不同的發(fā)展階段是不同的。

考慮到海洋雪在海洋中廣泛分布，每升水中含有0—100個(gè)顆粒，似乎納米銀與已形成的海洋雪之間的相互作用更為普遍。更大的海洋雪絮塊的發(fā)展具有積極影響，可以為海洋生態(tài)系統(tǒng)帶來(lái)許多好處，如增強(qiáng)斑塊性質(zhì)，促進(jìn)納米銀顆粒物質(zhì)的垂直運(yùn)輸。然而，海洋雪是浮游生物和魚(yú)類的重要食物來(lái)源，納米銀與海洋雪結(jié)合會(huì)給食物鏈帶來(lái)健康風(fēng)險(xiǎn)。

其實(shí)，在日常生活中，我們也接觸到海洋雪。海洋雪可以作為餌料用于飼喂水生動(dòng)物，在水產(chǎn)養(yǎng)殖中具有重要意義。同時(shí)，海洋雪聚集體也可以作為異養(yǎng)細(xì)菌生產(chǎn)的育菌培養(yǎng)基，在微生物產(chǎn)業(yè)中發(fā)揮著重要作用。此外，研究表明，被海洋雪輸送的細(xì)菌可能會(huì)與來(lái)自海底的細(xì)菌進(jìn)行基因交換，這有可能幫助科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)適應(yīng)高壓低溫的菌種。

（第一作者系華中科技大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院教授、博士生導(dǎo)師，第二作者系華中科技大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院在讀博士）

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