圖為模擬海洋雪形成過程，探究海洋雪形成的動力學和微生物機制。付杰 繪圖

在探索廣袤無垠的深海環(huán)境時，海水中紛紛揚揚的“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、細菌黏液、浮游植物，以及浮游動物排泄物等。近日，我們的課題組在國際期刊《水研究》雜志上發(fā)表了關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。它提供相對獨立的微尺度環(huán)境，從周圍的海水中富集海洋微生物和營養(yǎng)物質，形成廣泛斑塊狀分布的海洋生物群落。同時，海洋雪發(fā)揮著縱向輸送介質的作用，為在不同海洋深度分布的浮游動物、魚類等海洋生物提供重要的食物來源。

海洋雪被視為深海和底棲生態(tài)系統(tǒng)的基礎，因為陽光不能到達這些區(qū)域，深海生物嚴重依賴海洋雪作為物質和能量的來源。美國國家海洋和大氣管理局的科研人員測量了海洋雪中的可用物質，發(fā)現其中含有大量的碳和氮有機化合物，可以養(yǎng)活深海中的許多食腐動物。

在地球的碳循環(huán)過程中，海洋雪在一定程度上也發(fā)揮著緩解溫室效應的重要作用。以二氧化碳形式存在的碳，可以被海洋中的浮游植物通過光合作用固定，同時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在很長時間內不會再進入大氣。通過這種方式，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程，對海洋生態(tài)食物鏈和全球碳循環(huán)起到了至關重要的作用。

隨著近幾十年來全球氣候變暖，海洋溫度在不斷上升，這導致海洋雪不斷聚攏，形成黏液物質。這些黏液物質經常在地中海沿岸被觀察到。它們會形成黏液團困住海洋生物，使其窒息而亡。形成的大型黏液物質沉入海底，猶如一張巨大的密網籠罩住海底生物，造成嚴重的生態(tài)危機。此外，每年大約有超過800萬噸的塑料垃圾從陸地流入海洋。這些塑料垃圾經過紫外線風化和一系列物理機械作用后，會形成大量的微塑料顆粒，而海洋雪成為這些微塑料顆粒進入深海的主要途徑之一。

海洋雪與微塑料顆粒結合，變成“塑料雪”，這將給海洋生態(tài)系統(tǒng)帶來嚴重的影響。因此，微塑料顆粒與海洋雪的相互作用機制是一個非常值得研究的問題。

近年來，納米污染物已被證實存在于自然環(huán)境中，包括水、土壤、大氣等。納米銀就是粒徑為納米級的金屬銀單質。作為應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。鑒于納米銀的強烈生物化學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海洋雪形成的影響及其潛在的微生物機制。2022年，我們的課題組在國際期刊《環(huán)境科學與技術》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)現納米銀可以通過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)帶來許多好處，如增強斑塊性質，促進納米銀顆粒物質的垂直運輸。然而，海洋雪是浮游生物和魚類的重要食物來源，納米銀與海洋雪結合會給食物鏈帶來健康風險。

其實，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物，在水產養(yǎng)殖中具有重要意義。同時，海洋雪聚集體也可以作為異養(yǎng)細菌生產的育菌培養(yǎng)基，在微生物產業(yè)中發(fā)揮著重要作用。此外，研究表明，被海洋雪輸送的細菌可能會與來自海底的細菌進行基因交換，這有可能幫助科學家們發(fā)現適應高壓低溫的菌種。

（第一作者系華中科技大學環(huán)境科學與工程學院教授、博士生導師，第二作者系華中科技大學環(huán)境科學與工程學院在讀博士）

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