圖片來源：杜克大學官網

從2019年7月持續到2020年2月，澳大利亞發生了其歷史上最具災難性的山火。

根據世界自然基金會數據，多達19萬平方公里的土地被燒毀，其中有12.6萬平方公里為森林和灌木叢；近30億只動物——哺乳動物、爬行動物、鳥類和青蛙在大火中失去生命或流離失所。

9月15日晚，國際知名期刊《Nature》刊登了兩篇關于這場山火的影響的研究，一篇指出這場火排放的二氧化碳達7.15億噸, 比澳大利亞正常年度火災和化石燃料排放高80%；另一篇則強調大火對海洋生態系統的影響，表明大火排放的氣溶膠很可能為數千公里外南大洋（Southern Ocean，南極洲附近的海域）的浮游生物提供了養料。

后者標題為《Widespread phytoplankton blooms triggered by 2019–2020 Australian wildfires》（2019-2020年澳大利亞野火引發廣泛的浮游植物大量繁殖），通訊作者為杜克大學生物地球化學教授Nicolas Cassar，第一作者為普林斯頓大學博士后研究助理唐偉義，以及巴塞羅那超級計算中心博士后研究員Joan Llort。

該研究首次將海洋生物的大規模反應與野火產生的鐵氣溶膠的施肥相聯系，表明，風中的煙霧和灰燼中的微小的鐵顆粒在落入水中使水肥沃，為該地前所未有的大規模水華提供養分。

“科學中，有時很難將信號與噪聲分開。2019-2020年的澳大利亞野火是有記錄以來最嚴重的山火之一。根據野火冒煙的航拍照片，顯然，這次毀滅性事件提供了一個了解火災排放是否以及如何影響海洋生態系統的獨特機會。”Cassar對澎湃新聞（www.kxwhcb.com）記者表示。

大火與生態系統、氣候之間存在復雜聯系。

論文稱，人類活動正在改變全球水循環和碳循環。盡管各地區面臨的氣候變化相關的干旱風險不同，但變暖和干燥會增加野火的發生頻率和強度。

2019-2020年澳大利亞大火具有嚴重的生態環境影響。“野火對土地的環境和社會經濟影響是眾所周知的，例如棲息地和生物多樣性的喪失、空氣污染和公共衛生。然而，很少有研究報告火災對海洋生態系統的影響。”唐偉義對澎湃新聞（www.thapaper.cn）記者表示。

唐偉義介紹道，此前有研究指出1997年印度尼西亞附近的珊瑚礁死亡與印尼的野火有關，也有人觀察到2017年托馬斯火災期間美國加州沿海水域浮游植物群落的變化。“總的來說，有限的觀察強調了進一步探索野火在地球系統中的復雜作用的必要性。”

野火不僅讓大量棲息地喪失，還排放了大量大氣氣溶膠。氣溶膠可以通過提供可溶性形式的氮、磷、鐵等營養元素來影響陸地和海洋生態。

“我們從之前的研究中了解到，沙漠的沙可以為海洋生態系統提供養料，因為它們為海洋微藻提供必需的營養。最近，一些作者提出，來自燃燒源（如野火或工業）的煙和灰燼中的顆粒也含有豐富的營養，可以滋養海洋微藻。基于這一認識，我們決定密切關注火災釋放的煙霧和海洋的潛在反應。”Llort對澎湃新聞（www.kxwhcb.com）記者表示。

此項工作中，研究者對 2019-2020 年澳大利亞野火如何刺激南大洋廣泛的浮游植物反應進行了首次評估。

研究者根據哥白尼大氣監測服務（Copernicus Atmosphere Monitoring Service）估計的黑碳氣溶膠光學深度（black carbon aerosol optical depth），發現野火排放主要來自澳大利亞南部和東部，并在幾天內擴展到南太平洋。

澳大利亞大火期間主要火災事件氣溶膠的排放和傳輸軌跡   

“為了避免篩選問題，我們評估了流域尺度和澳大利亞野火下風向的許多小海洋區域浮游植物的反應。”唐偉義說。

研究者使用了衛星和自主生物地球化學 Argo 浮標數據來評估大火氣溶膠沉積對浮游植物生產力的影響。發現，從2019年12月到2020年3月，在火災的下風處，南大洋出現浮游植物大量繁殖。

南大洋的高營養-低葉綠素海區大多鐵含量有限。一般認為，輸送至此海域的鐵是海洋初級生產、吸收大氣二氧化碳以及在地質時間尺度上改變氣候的重要驅動因素。

而澳大利亞野火的氣溶膠樣本含有高鐵含量，大氣軌跡顯示這些氣溶膠很可能被輸送到水華地區。這表明，鐵的“施肥”作用導致了水華。

這一發現引發一個有趣的新問題：野火促進了浮游植物生長，但浮游植物又能通過光合作用從地球大氣層吸收大量二氧化碳。論文顯示，2019年10月至2020年4月，海水中的浮游植物吸收了約186±?90百萬噸碳?，相當于澳大利亞野火二氧化碳排放量（約195?百萬噸碳）的95%±?46%。

氣溶膠的排放與沉積以及浮游植物的響應

這一數據具有高度不確定。目前，受大火影響的浮游植物群有待確定，這會對碳輸出效率產生影響。

浮游植物在海洋上層通過光合作用生成顆粒有機碳（POC），并由海洋表層向深層傳輸，這是海洋固碳的一條重要途徑。

“目前很難確定有多少藻類碳(algal carbon)被傳輸到深海，以及傳輸了多深（這將決定碳被隔離的時間）。很大一部分藻類生物可以在海洋表面呼吸，導致二氧化碳迅速釋放回大氣。”Cassar表示，目前尚不清楚澳大利亞大火或其他野火引發的藻類爆發所吸收的碳中，有多少儲存在海洋，有多少被釋放回了大氣。

論文指出，2019-2020 年澳大利亞野火對初級生產、碳輸出和二氧化碳交換的大規模和長期影響值得進一步研究。

“更好地理解野火如何使海水肥沃有助于更好了解全球碳收支情況，我們目前正利用這些碳收支為應對氣候變化的政策提供信息。”Llort表示，“海洋中的生物反應有可能重新吸收大部分排放物，從而減輕野火對氣候變化的影響。遺憾的是我們的研究中沒有解決這一重要問題。不過，我們提供了有助于未來研究的證據。”

Cassar表示，這項研究有力地證明了野火的鐵能給海洋增肥、可能導致浮游植物增加碳吸收。“我們需要在地球系統模型中更好地表示這個過程，以根據氣候變化對野火的預計變化來了解我們的地質過去和未來。”