随着全球变暖导致极地海冰融化，进入海洋的阳光量不仅发生了变化，水下光的颜色也发生了变化，这对水面下的生命产生了重大影响。融化的海冰不仅改变了进入海洋的光量，还改变了海洋的颜色，扰乱了海洋的光合作用，并以微妙但深刻的方式改变了北极生态系统。

一块覆盖着冰藻、厚达2米的冰块的底部，放置在南极洲麦克默多湾的海冰上。图片来源：Lars Chresten Lund-Hansen

根据发表在《自然通讯》上的一项新研究，这些变化可能会对冰藻和浮游植物等微小但至关重要的生物产生重大影响。这项研究由阿姆斯特丹大学生物多样性和生态系统动力学研究所的海洋生物学家莫妮卡·索亚-沃兹尼亚克和杰夫·胡斯曼领导。

这个由物理化学家桑德·沃特森（Sander Woutersen）以及来自荷兰和丹麦的合作者组成的国际科学家团队，探索了融化的海冰如何改变水下光环境。光在海冰中的表现与在开阔水域中截然不同。

海冰会反射和散射大部分阳光，只允许少量光线穿过，但这少量光线几乎涵盖了所有可见光波长。另一方面，开放的海水会吸收红色和绿色光线，同时允许蓝光传播到更深的地方。这就是为什么海洋在我们眼中呈现蓝色的原因。

水的分子振动

冰和液态水之间的另一个关键区别在于分子振动的作用。在液态水中，水分子可以自由移动和振动，这导致在特定波长下形成不同的吸收带。这些吸收带选择性地遮挡了部分光谱，从而在可用于光合作用的光中形成了空隙。

Maayke Stomp 和 Huisman 教授先前的研究表明，这些分子吸收特征创造了“光谱生态位”——光合生物可用的一组独特的波长。浮游植物和蓝藻进化出了多种适应不同光谱生态位的色素，塑造了它们在海洋、沿海水域和湖泊中的全球分布。

一位丹麦研究人员在格陵兰岛的海冰下进行测量。图片来源：Lars Chresten Lund-Hansen

然而，在冰中，水分子被锁定在刚性晶格中。这种固定结构抑制了它们的分子振动能力，从而改变了它们的吸收特性。因此，冰缺乏液态水的吸收带，因此在海冰下保留了更宽的光谱。这一根本差异在海冰融化时发生的光谱偏移中起着关键作用。

生态影响

随着海冰消失，海水被开阔的水域所取代，水下光环境从宽光谱转变为更窄的、以蓝色为主的光谱。这种光谱变化对光合作用至关重要。

“生活在海冰下的藻类的光合色素能够充分利用穿过冰雪的微弱光线中存在的各种颜色，”主要作者莫妮卡·索亚-沃兹尼亚克（Monika Soja-Woźniak）说道。“当冰融化时，这些生物突然发现自己处于一个以蓝色为主的环境，这降低了它们色素的适应性。”

研究人员利用光学模型和光谱测量表明，光色的变化不仅会改变光合作用的性能，还可能导致物种组成的变化。与冰藻相比，专门适应蓝光的藻类物种可能拥有更强的竞争优势。

胡斯曼教授认为，这些变化可能会产生连锁的生态效应。“光合藻类构成了北极食物网的基础。它们的生产力或物种组成变化可能会产生连锁反应，影响鱼类、海鸟和海洋哺乳动物。此外，光合作用在海洋自然吸收二氧化碳方面发挥着重要作用。”

研究强调，极地地区的气候变化不仅仅是融化冰川，它还会导致海洋生态系统中光传输和能量流动等关键过程发生根本性转变。

研究结果强调了在气候模型和海洋预报中更明确地纳入光谱和光合作用的重要性，特别是在环境变化正在以前所未有的速度加速的极地地区。

编译自/ScitechDaily