一項研究強調了無機鋅在南大洋影響全球生物過程和碳循環中的關鍵作用。研究強調了鋅與其他海洋營養素之間的相互作用、利用深海考察收集數據的方法以及鋅對浮游植物生產力的影響。研究強調了未來對氣候變遷和海洋生物多樣性的影響。

本週發表在《科學》雜誌上的一項新研究再次證實了南大洋在全球生物過程和碳循環中的重要角色。它首次根據實地證據揭示了無機鋅顆粒在這些循環中被低估的作用。

南大洋在全球浮游植物生產力中發揮最大的作用，而浮游植物生產力則負責吸收大氣中的二氧化碳。在這些過程中，存在於海水中的微量元素鋅是一種重要的微量營養元素，對海洋生物的許多生化過程，尤其是極地浮游植物的繁殖至關重要。

南非隊準備登上南非的極地科考船SA Agulhas II 號，參加2019 年的南極考察。圖片來源：Wiida Fourie-Basson

當浮游植物大量死亡時，鋅就會被釋放出來。但迄今為止，科學家們仍感到困惑的是，儘管鋅和磷–另一種海洋生命所必需的營養物質–在浮游植物中位於相似的區域，但卻觀察到兩者之間存在脫節。相反，鋅和溶解的二氧化矽之間經常出現強烈的（但無法解釋的）耦合。

斯泰倫博斯大學（SU）環境和海洋生物地球化學專家、該文章的共同作者Alakendra Roychoudhury 教授說，他們現在第一次能夠有把握地解釋驅動海洋鋅循環的生物地球化學過程。

在2019 年南極洲SA Agulhas II 號考察中，一個裝有24 個GO-FLO 瓶子的電導率-溫度-深度（CTD）羅盤即將下放到地表以下4500 公尺深處。資料來源：斯泰倫博斯大學

自2013年以來，Roychoudhury所在的蘇大地球科學系研究小組參加了南非極地科考船”SA Agulhas II”號的三次考察。在夏季和冬季前往南極洲的途中，研究小組穿越浩瀚的南大洋，並採集了表層和深層海洋的海水樣本以及沉積物。

論文的共同第一作者Ryan Cloete 博士目前是法國環境海洋科學實驗室（LEMAR）的博士後研究員，他參加了其中兩次考察：「研究南大洋非常重要，因為它是全球海洋環流的中心樞紐。研究南大洋非常重要，因為南大洋是全球海洋環流的中心樞紐，南大洋的變化過程會影響水團，然後將水團輸送到大西洋、印度洋和太平洋。

他們與普林斯頓大學、芝加哥大學、加州聖克魯茲大學以及馬克斯-普朗克化學研究所的研究人員合作，在同步加速器設備上利用X 射線光譜技術對樣品進行了詳細的逐粒分析，從而對樣品進行了原子和分子層次的研究。

Ryan Cloete 博士在2019 年橫跨南大洋前往南極考察期間登上SA Agulhas II 號極地科考船，沿途對痕量金屬進行採樣。圖片來源：斯泰倫博斯大學

在夏季，較高的生產能力似乎會導致表層海洋有機物中的鋅含量增加，從而容易被浮游植物吸收。但是，研究人員也發現，在這些樣本中，與岩石和泥土碎片以及大氣塵埃有關的鋅含量也很高。在開闊的海洋中，鋅與顆粒的結合或解離之間的相互作用對於補充溶解鋅以支持海洋生物至關重要。

Cloete 解釋了他們的發現：”由於冬季的生長條件較差，鋅微粒會被矽藻等無機固體’清除’，矽藻以及鐵和鋁的氧化物形式的鋅微粒非常豐富。矽藻是一種單細胞生物，其骨骼由二氧化矽構成，是一種微型藻類。

換句話說，當鋅與有機配體結合時，海洋生物（如浮游植物）很容易吸收。然而，礦物相中的鋅不易溶解，因此不易被吸收。在這種形態下，微粒鋅會形成大的聚集體，沉入深海，無法被浮游植物吸收。

對全球鋅循環的這種認識對海洋暖化具有重要意義，氣候變暖會加劇侵蝕，導致大氣中的塵埃增多，從而有更多的塵埃沉積到海洋中。更多的塵埃意味著更多的鋅顆粒被清除，導致可用於維持浮游植物和其他海洋生物的鋅減少。

他們研究海洋鋅循環的新方法為研究其他重要微量營養元素打開了大門：”與鋅一樣，銅、鎘和鈷的分佈在未來也可能經歷由氣候引起的變化」。

這些發現再次證實了南大洋在調節氣候和海洋食物網方面的全球影響力：「地球系統透過物理、化學和生物過程錯綜複雜地耦合在一起，並透過自我校正回饋迴路來調節變異性和抵消氣候變化。

編譯來源：ScitechDaily