一項研究將海洋生物標誌物與污染水平聯繫起來，從而解開了一個海洋之謎。由達特茅斯學院領導的一項研究利用來自阿拉斯加和格陵蘭島的冰芯揭示，燃燒化石燃料產生的大量空氣污染已到達北極，對其大氣化學成分產生了重大影響。 這些結果突顯了化石燃料排放的廣泛影響，同時也強調了清潔空氣法規的有效性。

根據Nature Geoscience上的一份報告稱，工業時代化石燃料的廣泛使用對北極的污染影響開始顯現。 研究人員在一個意想不到的地方發現了這一足跡–他們測量到，當空氣污染開始加劇時，冰芯中捕捉到的海洋浮游植物活動的空氣副產物甲烷磺酸（或MSA）減少了。

浮游植物是海洋食物網和碳循環中的關鍵物種，被認為是海洋對氣候變遷反應的風向標。 科學家一直把MSA 作為浮游植物生產力下降的指標，因此也是海洋生態系陷入困境的指標。

但達特茅斯大學領導的研究小組報告說，在化石燃料燃燒產生的高排放環境中，即使浮游植物數量穩定，MSA 也會急劇下降。 他們的模型顯示，這些排放物會導致浮游植物產生的初始分子–二甲基硫化物變成硫酸鹽，而不是MSA，從而導致MSA 水平出現欺騙性下降。

研究人員發現，MSA 的急劇下降與工業化的開始相吻合。 當歐洲和北美在19 世紀中期開始大量燃燒化石燃料時，格陵蘭冰芯中的MSA 開始急劇下降。 將近一個世紀後，在東亞大規模工業化前後，阿拉斯加冰芯中的相同生物標記也開始急劇下降。

空氣污染的長程影響

“我們的研究是一個鮮明的例子，說明了空氣污染是如何大幅改變數千英里以外的大氣化學成分的。”這項研究的第一作者、資深作者、達特茅斯大學地球科學副教授埃里希-奧斯特伯格（Erich Osterberg）實驗室的研究生雅各布-查利夫（Jacob Chalif）說：”亞洲或歐洲排放的污染並沒有被控制在那裡。”

“查利夫說：”透過向世界釋放這些污染，我們正在從根本上改變大氣過程。在北極的這些偏遠地區，我們看到了這些不可否認的人類印記，這表明地球上沒有一個角落是我們沒有觸及的。 “

達特茅斯大學地球科學副教授埃里希-奧斯特伯格（Erich Osterberg，如圖）實驗室的研究人員發現，甲基磺酸（MSA）是海洋浮游植物活動在空氣中產生的副產品，其含量在20 世紀中葉急劇下降之前的幾個世紀一直保持穩定。 他們首先研究了這種急劇下降是否表明北太平洋的海洋生產力崩潰，然後發現，在化石燃料燃燒產生大量排放物的環境中，即使海洋生態系統保持穩定，甲基磺酸也會急劇下降。 資料來源：塞斯-坎貝爾

奧斯特伯格說，這項新研究解開了圍繞MSA 重要性的一個長達數年的海洋之謎，他領導了從德納利國家公園和保護區提取700 英尺冰芯的工作，研究人員在分析中使用了該冰芯。 奧斯特伯格與研究共同作者、新英格蘭大學教授卡梅隆-維克（Cameron Wake），以及卡爾-克魯茨（Karl Kreutz）和達特茅斯09屆校友多米尼克-溫斯基（ Dominic Winski ’09）–他也於2018年從達特茅斯大學獲得博士學位–在緬因州大學採集了這一冰芯。

德納利冰芯以氣泡、微粒和滯留在冰層中的化合物的形式包含了千年的氣候數據，其中包括冰芯分析中常見的目標–MSA。 幾個世紀以來，德納利冰芯中的MSA 一直在小幅波動，”直到20 世紀中期，它才發生重大轉變。」奧斯特伯格說。

奧斯特伯格的ICE 實驗室的研究人員開始研究MSA 水平的急劇下降對北太平洋的影響，他們最初是由該研究的共同作者、達特茅斯17 屆校友大衛-波拉申斯基（David Polashenski）領導的。 奧斯特伯格和該研究的共同作者貝絲-科夫曼（Bess Koffman）（科爾比學院教授，曾在達特茅斯擔任博士後研究員）後來測試了多種理論，以解釋德納利島MSA 下降的原因。 與格陵蘭島的研究一樣，他們首先考慮的是MSA 的下降是否是海洋生產力崩潰的證據，但沒有任何結論。

當查利夫接手這個計畫的時候，這項研究的合著者、達特茅斯學院校友烏蘇拉·瓊格布洛德(Ursula Jongebloed) ’18（現為華盛頓大學研究生）正在重新評估2019 年的一一項關於格陵蘭島冰芯的研究，該研究報告稱，格陵蘭島的MSA 從19 世紀開始穩步下降。該研究將這種下降與亞北極大西洋浮游植物族群因洋流減緩而崩潰聯繫起來。

但瓊格布洛德的工作促成了去年發表的一項研究，該研究報告稱，格陵蘭島冰芯中發現的MSA 下降並不是海洋生態系統崩潰的結果。相反，它們可能是由污染阻止了MSA 的形成造成的。

查利夫和瓊格布洛德於2022 年在瑞士舉行的一次會議上進行了交流，並討論了格陵蘭島和德納裡島的MSA 記錄。 「我們重新考慮了我們之前的所有假設，」查利夫說。 “我們知道德納利峰的MSA 下降不是由於海洋生產力，所以我們知道一定與大氣化學的某種變化有關。”

他們討論了硝酸鹽污染的可能影響，硝酸鹽污染通常是透過燃燒化石燃料排放的。當天晚上，查利夫開始深入研究硝酸鹽對MSA 的影響。

「幾乎每年，當德納利峰的MSA 下降時，硝酸鹽就會飆升。格陵蘭島也發生了非常類似的事情，」查利夫說。 「在德納利峰，MSA 在500 年內相對平穩，沒有明顯的趨勢。然後在1962 年，它急劇​​下降。硝酸鹽的情況類似，但方向相反——它基本上在幾個世紀內都保持平穩，然後突然上升。

他們的研究結果表明，燃燒化石燃料產生的空氣污染會擴散到大西洋和太平洋，並抑制北極MSA 的產生。研究人員報告稱，除了排除普遍的海洋生態系統崩潰的可能性外，這項發現還為利用MSA 水平測量大氣污染打開了一扇新的大門，尤其是在沒有明顯排放源的地區。

「海洋生態系統崩潰並不能解釋MSA 下降的原因，這些年輕的科學家弄清楚了真正發生了什麼，」奧斯特伯格說。 “對我來說，這是一種了解污染如何影響大氣的新方法，好消息是，我們並沒有看到我們以為的海洋生態系統崩潰。壞消息是空氣污染導致了這種情況。”

格陵蘭核心的數據顯示，當歐洲和美國的空氣污染變得更加規範時，當地大氣開始穩定下來。隨著氮污染水平下降，MSA 在20 世紀90 年代反彈。這是因為影響MSA 的污染物氮氧化物會在幾天內消散，而二氧化碳則會在大氣中停留數世紀。

「這些數據表明，法規對減少空氣污染具有強大的作用，只要你關閉水龍頭，就能立即見效，」奧斯特伯格說。 “我擔心年輕人會因為聽到的都是壞消息而對環境危機視而不見。我認為，當我們聽到好消息時，承認它是很重要的。在這裡，我們看到法規是有效的。”

編譯自/ SciTechDaily