本文來源于海潮天下（Marine Biodiversity）

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出品 | 海潮天下

每天夜晚，當人類多半已在睡夢之中，海洋中悄然發生著一場規模空前的遷徙。數以十億計的魚類、水母、以及其他海洋生物從深海向上游動，在接近海面的水層覓食。天亮之前，它們又迅速返回深處。如此這般，周而復始，亙古不變。這種每天重復一次的晝夜垂直遷徙，被認為是地球上規模最大的動物遷徙活動。

長期以來，科學家關注這場遷徙更多是出于生態學興趣，例如捕食關系、能量流動和生物行為等問題，等等。近年來，研究人員逐漸意識到，這些每天上下往返的生物，可能還在承擔另一項重要工作——將碳從海洋表層輸送到深海。

2026年初至春季，兩支國際科研團隊在西南大西洋開展了連續數月的海洋調查，他們希望弄清一些長期缺乏數據支撐的關鍵問題。這些研究都是圍繞著海洋生物泵展開的。

所謂“生物泵”（Biological Pump），是海洋儲存碳的重要機制之一。海洋表層的生物進行光合作用、或攝食活動吸收碳，而后借助死亡沉降、排泄以及食物鏈傳遞等過程，將部分碳輸送到深層海水。進入深海的碳能夠在那里停留很長時間，因此，這一過程對全球碳循環具有重要影響。

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▲亞熱帶大洋環流區直徑可達數千公里，平均水深超過4000米，是地球上規模最大的連續生物群落之一。所謂環流，是由全球風場和地球自轉驅動的大型持久性旋轉流系，各大洋盆地中均有分布。這些海域表層水體的營養鹽通常極為匱乏，但據估算，全球海洋約20%的初級生產力發生在亞熱帶環流區，而這類生態系統對深海碳輸出的貢獻可能占到全球海洋總量的一半。要更準確地判斷氣候變化對海洋的影響，必須首先厘清這些海域的生物地球化學過程。上圖來自 ?Schmidt Ocean Institute

第一項研究由美國華盛頓大學的海洋生物地球化學家阿尼特拉·英格爾斯（Anitra Ingalls）領導。研究團隊將目光聚焦于那些參與晝夜垂直遷徙的動物，希望了解它們是否是深海碳輸送過程中被長期低估的重要力量。

▲上圖：阿尼特拉·英格爾斯（華盛頓大學首席科學家、教授）在一次下潛作業期間，于船上任務控制中心監視遙控潛水器的屏幕。?Alex Ingle / Schmidt Ocean Institute

在第一項調查中，研究人員沿著南美洲東部外海航行，從阿根廷附近海域一直到巴西外海，重點考察參與晝夜垂直遷徙的動物。

這些生物每天在海面附近攝取富含有機碳的食物，然后攜帶著這些物質下潛。部分動物能夠到達約1500米深的海域。在這個過程中，食物被逐漸消化，最終以排泄物、或其他代謝產物的形式釋放出來。原本停留在海洋表層的碳，也隨之被帶入深海。

過去，科學界更多關注死亡生物殘體、以及有機顆粒的自然下沉，因為這些過程相對容易觀測一些。至于遷徙動物主動運輸碳的作用，一直是缺乏足夠數據的。不奇怪，因為這些生物數量龐大、分布廣泛，而且每天都在移動，很難進行系統監測。

隨著采樣技術和深海觀測手段的發展，研究人員開始獲得越來越多的證據。許多學者認為，這些往返于不同深度之間的動物，可能是海洋碳輸送網絡中一個長期被低估的組成部分。

調查過程中，研究團隊還收集了大量動物樣本，希望進一步分析它們體內的微生物群落。

科學家尤其關注腸道微生物（Gut Microbiomes）在營養循環中的作用。一些研究表明，微生物能夠合成維生素B12等關鍵營養物質。研究人員正在嘗試確認，這些營養成分是否會隨著動物下潛而進入深海生態系統，并為深層生物提供支持。

此次調查獲得的樣本中，還包括一些此前未在南大西洋記錄過的物種。部分樣本可能屬于尚未正式命名的新物種，相關鑒定工作仍在進行。

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▲上圖：馬修·丘奇（蒙大拿大學首席科學家、教授）在“法爾科號（too）”科考船的主實驗室內用移液管吸取水樣，這是浮游生物與有機碳研究實驗的一部分。?Bernarda Cornejo Pinto / Schmidt Ocean Institute

第二項研究則關注另一類同樣關鍵、卻更難直接觀察的海洋生物——浮游植物。該項目名為SUBSEA，由美國蒙大拿大學的馬修·丘奇（Matthew Church）教授領導，研究地點位于巴西海岸外約320公里的東南大西洋環流區。

跟遷徙動物相比，第二項調查的研究對象體型小得多，但同樣影響著海洋中的碳流動。

▲上圖：2026年3月3日~4月6日，施密特海洋研究所“法爾科號（too）”科考船執行了SUBSEA第一航段任務。這是計劃中的兩次南大西洋亞熱帶考察的首航，聚焦于營養鹽循環、初級生產力及碳輸出過程。此次航次隸屬于施密特科學研究所海洋生物地球化學虛擬研究所（OBVI）的研究框架，來自多個國家的科學家、技術工程師、輪機人員及學生共35人，在海上開展了連續不間斷的作業。圖片來源：subsea

該研究團隊將目光投向東南大西洋環流區。大洋環流是由大型洋流形成的廣闊海域，覆蓋面積廣袤。由于營養鹽含量較低，這些區域常被稱為“海洋荒漠”。

從衛星圖像上，人們可以看到海面浮游植物的分布情況。不過，科學家更感興趣的是生活在約100米深處的一群浮游植物。

這個深度處于上層海洋的微光區域。陽光已經明顯減弱，但仍足以支持部分光合作用。由于衛星無法穿透海水進行觀測，這里的生態過程長期缺乏直接數據。

不過，此次科考期間，研究團隊恰好遇到一次大型浮游植物水華進入衰退階段。大量表層浮游植物死亡后，有機物開始下沉、并分解。

于是乎，研究人員提出了一種可能性：這些來自表層的有機殘體，會在下沉過程中釋放營養物質，為更深處的浮游植物提供生長所需資源。換句話說，表層生態系統產生的“有機碎屑”，可能成為微光帶浮游植物的重要養分來源。

不過，這一過程目前仍有許多疑問尚待解答。

例如，維持這些浮游植物生長所需的鐵、磷和氮究竟來自哪里？不同營養元素的補給機制是否相同？微生物活動在其中發揮多大作用？……這些問題都會影響科學家對碳輸送效率的判斷。

之所以關注這些細節，是因為海洋承擔著吸收大氣中二氧化碳的重要功能。目前估計，人類活動產生的二氧化碳排放量中，大約有1/3會被海洋吸收。但，這些碳最終有多少能夠進入深海、并長期儲存呢？目前許多關鍵環節仍是不夠清楚的。

從夜間上浮覓食的魚類和水母，到生活在微光帶中的浮游植物，看似毫不相關的生物過程，實際上都參與著海洋內部的碳運輸。過去幾十年，由于觀測難度較高，這些過程獲得的關注相對有限。隨著深海探測設備和海洋生物地球化學研究不斷發展，科學家正在逐步補上這些空白。

此次考察期間，該團隊綜合利用了多種觀測手段，包括船載CTD剖面儀、表面漂流浮標、水下滑翔機、自主剖面浮標、McLane大體積過濾泵以及Wirewalker浪致剖面儀等設備，對顆粒物的垂向輸運及初級生產力相關因子進行了比較系統的測量。獲取的數據將為深入理解亞熱帶海洋生態系統的營養鹽循環和碳輸出提供重要支撐。

對于研究全球碳循環而言，這些來自深海和遠洋的數據十分重要。許多影響氣候系統的關鍵過程，并不發生在海面上，而是隱藏在數百米、甚至上千米深的海水之中。理解這些過程如何運作，有助于提高人們對海洋碳儲存能力的認識，也能為未來相關研究提供更可靠的依據。

海洋碳循環·前沿

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資訊源 | Schmidt Ocean Institute

文 | 王海詩

排版 | 盧曉雨

時間 | 2026年7月4日

【參考資料】
感興趣的海潮天下（Marine Biodiversity）讀者可以參看該報道的全文：
https://www.schmidtsciences.org/worlds-largest-animal-migration-and-ocean-gyres-play-critical-roles-in-global-carbon-cycle/
https://www.schmidtsciences.org/obvi/#modal-subtropical-underwater-biogeochemistry-and-subsurface-export-alliance-subsea
https://subsea-ocean.github.io/

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