在過去的幾十年裡，科學家們一直在觀察自然海洋肥沃事件–當火山灰、冰川粉、野火煙塵和沙漠塵埃吹到海面上，刺激浮游植物大量繁殖的事件。但是在這些極端事件之外，還有一種穩定的、長距離的塵埃粒子雨，幾乎全年都在促進浮游植物的生長，而且幾乎在每個流域都是如此。

在5月5日發表在《科學》雜誌上的一項新研究中，來自俄勒岡州立大學、馬里蘭大學巴爾的摩郡分校和美國國家航空航天局的一個研究小組將衛星觀測與一個先進的計算機模型相結合，以了解來自陸地的礦物塵埃如何為海洋中浮游植物的生長提供肥料。浮游植物是微小的、類似植物的生物體，構成了海洋食物網的中心。

浮游植物漂浮在海洋表面附近，主要依靠陽光和從深海中湧出的礦物營養物，或通過沿海徑流漂浮到海上。但是富含礦物質的沙漠塵埃–由強風攜帶並沉積在海洋中–對浮游植物的健康和豐度也起著重要作用。

根據這項新的研究，沉積在海洋上的塵埃支持了每年全球出口產量的4.5%–這是衡量浮游植物在光合作用中吸收的碳匯入深海的數量。然而，在中緯度和高緯度的一些海洋區域，這一貢獻接近20%至40%。

浮游植物在地球的氣候和碳循環中發揮著巨大作用。像陸地植物一樣，它們含有葉綠素，通過光合作用從陽光中獲取能量。它們在這個過程中產生氧氣並封存大量的二氧化碳，其規模可能與雨林相當。而且，它們處於海洋範圍內食物排序的最底層，從微小的浮游生物到魚到鯨魚。

研究報告的共同作者、馬里蘭大學巴爾的摩縣分校的研究教授洛林-雷默（Lorraine Remer）說，塵埃粒子在落入海洋之前可以飛行數千英里，在那裡它們滋養了距離塵埃源很遠的浮游植物。”她說：”我們知道沙漠塵埃的大氣運輸是使海洋’點擊’的部分原因，但我們不知道如何找到它。

如何從地球表面以上400英里處追踪海洋生物？這需要追踪葉綠素的綠色足跡。

研究作者Toby Westberry和Michael Behrenfeld–俄勒岡州立大學的遙感海洋學家–分析了美國宇航局Aqua衛星上的中分辨率成像光譜儀（MODIS）從2003年到2016年收集的14年的海洋顏色測量數據。追踪海洋顏色的明顯特徵，他們不僅能夠確定浮游植物繁殖的時間和地點，還能確定它們的健康程度和數量（基於葉綠素的濃度）。

這張海洋觀測寬視場傳感器（SeaWiFS）圖像顯示了東北太平洋的葉綠素濃度。葉綠素是浮游植物中的主要色素–它使這些微小的海洋植物呈現出綠色，它們用它進行光合作用。通過精確測量海洋反射的光的顏色，SeaWiFS使科學家能夠測量浮游植物群的濃度。在這個假色圖像中，紅色和黃色顯示了高濃度，而綠色、淺藍色和深藍色顯示了逐漸降低的濃度。黑色表示由於海洋上的雲層覆蓋而沒有數據的區域。資料來源：NASA SeaWiFS項目，Jim Gower，不列顛哥倫比亞省西德尼海洋科學研究所，IOS SERIES團隊，以及不列顛哥倫比亞省西德尼海洋科學研究所的Bill Crawford和Frank Whitney。

為了確定浮游植物是否對沙漠塵埃有反應，該小組將他們的海洋顏色發現與美國宇航局戈達德地球觀測系統（GEOS）模型在同一時期的塵埃沉積事件的輸出進行了比較。這些事件的強度從強大的撒哈拉沙塵暴到美國西海岸的相對低調的羽流。他們發現，即使是適量的沙漠塵埃也增加了浮游植物的數量，並改善了浮游植物的健康狀況。

以前的研究集中在大型的局部事件上–火山爆發、野火、極端的沙塵暴–這些事件向空氣中噴出大量的有機和礦物顆粒。在其他研究中，研究人員有意通過在海水中”播種”鐵來刺激浮游植物的生長，鐵是海洋中一種關鍵但往往有限的營養物質。

“我們觀察到浮游植物的反應並不僅僅發生在海洋中的鐵貧乏地區，”共同作者、美國宇航局戈達德太空飛行中心的科學家Hongbin Yu說。”這些反應在世界各地都有發生。添加一點營養物質，你就會在水中發生一些事情。”

科學家們說，沙漠塵埃的營養益處並不限於鐵。灰塵顆粒含有植物需要的其他營養物質，特別是磷和氮。隨著氣候變化對大氣模式、土壤濕度和其他影響灰塵如何進入海洋的因素的影響，需要進行更多的研究。