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南极为什么有绿色的雪?

如何看待南极洲绿雪?

五莲花开,天行有常,不为尧存,不为桀亡。

哈哈哈哈哈哈 这是一个不错的问题

南极不止有绿色的雪,还有红色的雪,褐色的雪。

南极的西瓜雪 来源:2 月 24 日,乌克兰教育与科学部在其 Facebook 页面上发布该照片

这不是动物杀戮战场,也不是三价铁造成的。而是一种叫做极地雪藻(Chlamydomonas nivalis)的生物聚集产生的。它们出现在地球少数的几个地方,高寒、强日照以及低营养地区。据称亚里士多德都见过它们。

我们来看一下南极洲的绿雪。这篇 0520 发表在 Nature Communications 上的研究报告[1]使用的是卫星光谱检测藻类群落的方法,遥感卫星图像提供方为欧空局,使用的卫星是 Sentinel-2。科学家也进行了地面调查。这篇研究报告也提到了这一点,然而他们却没有红色雪的遥感卫星图像。

南极洲绿雪 来源:附注 1

科学研究已经证明绿色的雪是由绿色藻类形成的。具体的物种可能是丝状的克里藻(Klebsormidium)和两种球形绿藻,由于这方面的研究比较少,在这篇刚发表的研究报告中,物种介绍也只是以补充材料的形式出现并且语焉不详。

绿雪、褐雪和红雪代表物种的显微图像 来源:附注 1 的补充材料,正文不可见

红色雪通常在雪堆 (snowdrift )的边缘或中心发育[2], 绿色和褐色雪则出现在雪堆边缘或边缘附近。红色和褐色雪的性状总是粗糙的粒状雪, 而绿色雪则是粗糙的粒状雪或是渍水雪。绿色雪的雪层厚度为 5~ 15cm, 比红色和褐色雪 ( 5~100cm) 浅得多。绿色雪趋向于在雪融水池附近包含较多水的融雪中发生。

由于红雪的发现非常早,对造成红雪的极地雪藻的研究也比较深入,对极地雪藻生活史的研究表明,极地雪藻可以变换颜色,可以经历绿色、橙色和红色三种状态。

极地雪藻,也被称为雪地衣藻

春天的时候,冰雪消融,营养和光照水平提升,此时极地雪藻体内叶绿素的含量比较高,呈现绿色。这个阶段的极地雪藻具有鞭毛,可以四处游动来选择较好的生活环境并进行无性繁殖。随着夏季的到来,辐射增强,极地雪藻体内的类胡萝卜素会增加,这时极地雪藻会产生带鞭毛的配子并融合在一起。开始慢慢变为橙色,随着外部环境中营养物质的减少和辐射的增强。极地雪藻会进入休眠状态。体内会产生抗冻蛋白,细胞壁变厚。细胞内色素主要变成类胡萝卜素,这让极地雪藻看起来是橙色或者红色。

我们在很多高寒强光照的地区也能看到这些藻类,如阿尔卑斯山、阿拉斯加和格陵兰岛。

位于阿尔卑斯的西瓜雪

这篇研究由生态学研究人员做出,文中并没有具体分析造成绿色雪的物种,只是用雪藻这个大类一笔带过。他们整理了 2017-2019 年的遥感卫星数据,发现了 1679 处小型绿色藻华,占地约为 1.9 平方公里。大概三分之二发生在低洼的小岛上。每年大概能吸收 479 吨碳。但是由于这些雪藻对阳光的反射率只有 45%,相较来说白雪可以反射 80%的阳光,因此这些藻类的出现可能会加剧南极冰层的融化,这也使得这个发现让公众惊恐,虽然这篇研究报告用了一个看起来非常乐观的标题——遥感图像显示南极雪藻是重要的碳汇。

如果从全球碳循环的角度来看,这应该是一个生态系统的负反馈调节,随着二氧化碳排放的增加,温室效应会增加,然后很多本身并没有藻类生存的地带开始逐步出现生命来吸收二氧化碳。当原本被固定在石化燃料中的碳被排放到空气中,生态圈会选择利用增加生物碳汇的方式来做一些负反馈调节。这篇研究最让人担心的应该是由此引发的海平面上升。雪藻种群的扩大有利于阻止全球变暖,但是在南极这个局部区域内事情则会这样发展——随着全球变暖使得更多区域适合藻类生长,辅以企鹅等生物的粪便作为营养,南极地区的雪藻会逐步生长,这些生命活动会让南极局部变暖然后导致进一步的冰雪消融,由此引发的海平面上升。

目前为止这样的正反馈调节过程会怎样发展我们并不清楚,一般认为这是一个缓慢的过程。我们并不需要为此过多担心,我们需要做的应该是节能减排,加速环境绿化。人类行为在各个方面影响着生物圈,国内也有对夜光藻的遥感监测[3]。我们在新闻中经常看到的蓝眼泪就是由于夜光藻种群扩张形成的。

蓝眼泪

科研人员分析了美航天局卫星和国际空间站拍摄的近 1000 张中国东海海域图像,绘制了夜光藻的分布和变化图。

不同年份与月份夜光藻的分布 来源:附注 3

随着化肥使用的增加,夜光藻的爆发次数和时间在逐渐增加。这也是最近几年我们能越来越多看到蓝眼泪相关新闻的原因。

藻类的产氧能力是地表森林的数倍,是地球氧气的主要来源。但是人类活动对这个世界产生了一些我们平时不太会注意到的影响,在没有扎实的科学数据之前,任何人都给不出确切的结论。藻类在原先的领地种群扩大,或者到了它们原来不存在的地方。这是生物圈对于环境中二氧化碳含量升高而做出的负反馈调节措施。

南极的绿雪是人类活动永久改变生物圈的又一证明,人类应该要尽快意识到自己是生物圈的一员,并积极探讨应对措施。