摘要
无论是在你当地的海滩还是在寒冷的北极，海洋似乎在任何地方都是一样的。但是海洋的性质差别很大。就像陆地上不同类型的土壤一样，一些海水富含营养，而另一些则缺乏营养。如果有更多的营养物质，就会有更多的生命生长。随着更多的生命，海洋可以从大气中去除更多的二氧化碳，并生产更多的鱼供我们食用。如今，气候变化正在改变北极海水中的营养成分。来自太平洋的营养丰富的海水正以更快的速度流入北极，而来自大西洋的营养贫乏的海水也在入侵。哪种海水会在温暖无冰的北极占据主导地位?北极会变得营养丰富，支持富有生产力的生态系统，还是会变成海洋沙漠?科学家们正在努力预测一个变暖的世界将会发生什么。
气候变化与北冰洋
地球的气候正在变化。由于人类排放二氧化碳，大气和海洋正在变暖2)及其他温室气体进入大气层[1］．北冰洋正在经历最极端的变化，变暖速度是全球平均速度的两倍，海冰迅速消失，洋流不断变化。我们知道这些变化会影响北极的生态系统，但具体是如何影响的呢?不幸的是，科学家们仍然不确定北极海洋生态系统将如何变化。一个主要的不确定性来自于我们无法预测溶解在北极海水中的营养物质会发生什么。
我们为什么要关心营养?
就像土壤可以让你吃的蔬菜生长一样，海水的营养物质可以让你浮游植物生长。浮游植物是生活在海洋中的微小植物透光层(阳光照射的海洋表面)。浮游植物需要光和营养才能生存。有营养的海洋是指有足够的营养物质来支持海洋富有成效的浮游植物群落，其中有大量快速生长的浮游植物。
浮游植物对海洋食物网至关重要。如果浮游植物有足够的营养，这些微小的植物可以养活多种海洋动物。因此，高产的浮游植物群落支持着近10亿人每天赖以为生的渔业。
浮游植物也通过吸收CO使地球降温2随着他们的成长和表现光合作用将这种温室气体从大气中吸入海洋。当浮游植物死亡时，CO2它们被吸收，然后沉入深海，可能被埋在沉积物中[1］．因此，海洋中支持高产浮游植物群落的营养区域可能会吸收CO2脱离大气层，帮助迅速变暖的地球降温。
这就是我们关心营养的原因。通过支持生产性浮游植物群落，营养物质对生态系统、渔业和气候都很重要。
北极是营养丰富的海洋吗?
并非所有的海水都是一样的。在海洋的某些区域，尽管有充足的光进行光合作用，但营养物质很低，生命稀少。在其他地区，营养物质丰富，海洋生物丰富。
我们可以用卫星来观察这些海洋的“沙漠”和“花园”，这些卫星可以探测到世界各地浮游植物的产量。卫星通过测量海洋反射光的颜色的微小变化来做到这一点[2］．浮游植物有独特的颜料它们细胞内用于光合作用的物质。这些色素改变了从海洋反射回太空的光的颜色，这使得卫星能够探测到浮游植物的变化。对北极的卫星研究表明，总的来说，北冰洋的许多地区(图1一个)，这意味着北极水域营养丰富。
- 图1 -北冰洋浮游植物产量的卫星测量。
- (一)2003年至2013年的平均浮游植物产量，绿色和黄色为高产区域。你可以看到北冰洋的很多地方都是高产的。(B)暖年(2012年)和冷年(2003年)浮游植物产量的变化。虽然有很多斑块，但在海冰边缘(白色区域)，浮游植物产量的增加(红色颜色)是很常见的，海冰正在迅速融化，增加了浮游植物可用的光量。你还可以看到海冰的面积(白色区域)变小了(一)比在(B)因为自2003年以来海冰减少。
最近的变化
随着气候变暖，北极很有可能变得更加富饶。随着海冰融化，更多的光线可以用来促进浮游植物的生长。有了更多的浮游植物，北极可以养活更多的鱼。它还可以吸收更多的CO2，可能有助于吸引一些CO2逃离迅速变暖的大气层。
事实上，在过去的几十年里，北极浮游植物的产量增加了30%，在海冰损失最严重的地方增加得更多[3.) (图1 b)．然而，科学家不知道浮游植物产量的增加是否会继续。北极浮游植物产量的演变将取决于其海水是否保持营养。为了预测未来北极的营养状况，我们必须了解北极是如何吸收营养的。要做到这一点，我们必须离开北极。
北极的海洋伙伴:太平洋和大西洋
北极虽小，却是太平洋和大西洋这两个大洋的重要交汇处。图2)．
- 图2 -太平洋海水(黄色)和大西洋海水(紫色)主要分布在北冰洋的某些区域。
- 你可以通过黑色实线看到太平洋和大西洋海水之间的边界。与大西洋海水相比，太平洋海水营养丰富，所以你可以把黄色区域想象成营养丰富的区域。箭头表示由海洋模式模拟确定的基本环流模式。
北极通过白令海峡接收太平洋的海水，白令海峡是阿拉斯加和俄罗斯之间的一个小而浅的开口。与此同时，大西洋海水流入格陵兰岛和斯堪的纳维亚半岛之间的北极。太平洋海水主导着靠近加拿大的北极西部，而大西洋海水主导着靠近欧洲和俄罗斯的东部。
区分太平洋海水和大西洋海水的流入很重要，因为太平洋海水和大西洋海水的营养成分差别很大。太平洋海水营养丰富，大西洋海水营养贫乏。因此，太平洋或大西洋海水在北极的相对影响决定了它的营养价值，这决定了浮游植物的产量。
气候变化来了:太平洋和大西洋之间的战争
今天，越来越多的水从太平洋和大西洋流入北极，这意味着更多的北极水正在被挤出。4，5］．
那么，这意味着什么呢?首先，北极海水的性质正在迅速变化。这种变化的速度可能会改变浮游植物群落，这可能会影响到食物链中更高层次的生物，包括海洋哺乳动物，可能会导致北极生态系统的全面重组。
其次，我们认为太平洋和大西洋之间的竞争将决定生活在北极的浮游植物的产量，并最终决定生活在那里的动物的种类。如果大西洋的影响继续增长，那么随着海冰融化，即使有大量的光线，北极也可能会变得贫瘠。然而，如果太平洋的影响扩大并超过大西洋，那么北极可能会更富有营养和生产力。
然而，重要的是要认识到，北极浮游植物的可能增加并不能使气候变暖成为一件好事。气候变暖正在造成整个地球生物圈的巨大变化，北极只是其中的一小部分。全球海平面上升可能会使许多人背井离乡，一些生态系统的生产力可能会下降，特别是在热带地区。鱼类数量和CO的潜在增加2北极的吸收只是全球故事的一小部分。
那么，北极未来会有多少营养呢?
简而言之，我们仍然不知道未来北极的营养状况如何。尽管科学家们正在使用卫星、船只和计算机模型来监测北冰洋[3.- - - - - -5]，但由于物理和生物系统的复杂性，仍然很难预测未来会发生什么。这种不确定性使得很难预测北极生态系统、渔业及其对减少大气CO的贡献的后果2．
然而,是显而易见的是，北极正在迅速变化，随着海冰融化，来自其海洋伙伴太平洋和大西洋的营养物质正变得越来越重要。
术语表
温室气体：↑一种气体，通过在地球大气中保持热量而导致地球变暖，称为温室效应。
浮游植物：↑构成海洋食物网基础的微小海藻。
透光层：↑阳光充足的海洋上部。
富有成效的：↑生产能力:生产大量某物的能力关于浮游植物，“高产”指的是这些生物在特定区域的高度集中。
光合作用：↑将阳光和二氧化碳(CO2)转化为糖和其他碳水化合物形式的化学能，这样植物才能生长。
颜料：↑组织的天然色素，在这种情况下，浮游植物细胞内的化合物吸收特定波长的光进行光合作用。
利益冲突
作者声明，这项研究是在没有任何商业或财务关系的情况下进行的，这些关系可能被解释为潜在的利益冲突。
参考文献
[1]↑浮士德，J. C.， März, C.和亨利，S. F. 2019。北极融化的碳故事。前面。年轻人7:136。doi: 10.3389 / frym.2019.00136
[２]↑贝伦菲尔德，博斯，E，西格尔，D. A，和谢伊，D. M. 2005。来自太空的碳基海洋生产力和浮游植物生理学。水珠。Biogeochem。周期19:1-14。gb002299 doi: 10.1029/2004
[3]↑Arrigo, K. R.和van Dijken, G. L. 2015。北冰洋初级产量持续增加。掠夺。Oceanogr．136:60 - 70。doi: 10.1016 / j.pocean.2015.05.002
[4]↑伍德盖特，r.a 2018。从1990年到2015年太平洋流入北极的增加，以及从全年白令海峡系泊数据对季节性趋势和驱动机制的洞察。掠夺。Oceanogr．160:124-54。doi: 10.1016 / j.pocean.2017.12.007
［5］↑Oziel, L.， Neukermans, G.， Ardyna, M.， Lancelot, C.， Tison, J. L.， Wassmann, P.等。2017。大西洋流入和海冰损失对改变巴伦支海浮游植物大量繁殖的作用。j .地球物理学。海洋》．122:5121-39。jc012582 doi: 10.1002/2016