你可能很難想象，遠(yuǎn)在西伯利亞的河流，會與遙遠(yuǎn)的北冰洋中央、甚至大西洋的生態(tài)系統(tǒng)息息相關(guān)。但事實確實如此?！昂Ｑ笈c濕地”（OceanWetlands）小編注意到，最近一項由英國布里斯托大學(xué)牽頭的最新國際研究，正帶我們揭開這條“水中快遞”線路的神秘面紗。這項研究發(fā)現(xiàn)，原本被認(rèn)為相對穩(wěn)定的北極洋流系統(tǒng)，其實正在悄然發(fā)生著前所未有的變化。這些變化不僅可能會重塑北極海洋的面貌，還可能進(jìn)一步影響到整個地球的氣候與生態(tài)。

▲上圖：2019年10月，這艘德國研究船在靠近北極點的一塊大海冰上“扎根”，開啟了被稱為“北極漂流觀測”（MOSAiC）的科學(xué)考察。這艘船隨著海冰緩慢漂移，科學(xué)家們就在這塊漂浮的冰面上采樣、觀測、記錄?？疾斐掷m(xù)近一年，直至2020年9月結(jié)束。在這段期間，他們收集了大量關(guān)于海水、海冰以及河水來源的化學(xué)數(shù)據(jù)，終于拼出了北極水體運(yùn)輸?shù)膭討B(tài)圖景。上圖是在極夜時期，德國科考破冰船“極地星號”(Polarstern) 停泊在一塊浮冰旁的情景。攝影：Steffen Graupner / Alfred Wegener Institute

我們從一個自然現(xiàn)象說起。在北極，有一個名叫“橫貫極地漂流”的洋流系統(tǒng)，它就像是一條看不見的河流，從俄羅斯北部的西伯利亞大陸架出發(fā)，將海冰、淡水和泥沙等物質(zhì)輸送到北冰洋的中央，最終流入連接大西洋的弗拉姆海峽。這條洋流的存在早在19世紀(jì)就被挪威探險家南森在“弗拉姆號”探險中證實，過去一百多年，它一直被科學(xué)家視為北極物質(zhì)傳輸?shù)闹匾ǖ?。我們可以將其簡單理解為一條北極的“物流專線”。

沿著這條路線，來自西伯利亞河流的大量淡水以及天然與人為物質(zhì)被運(yùn)送出去。這些物質(zhì)包括營養(yǎng)鹽、有機(jī)化合物、氣體，也包括人類工業(yè)活動產(chǎn)生的污染物，比如微塑料和重金屬等。它們在流經(jīng)北冰洋的過程中，不僅會影響當(dāng)?shù)氐纳鷳B(tài)系統(tǒng)，還會參與到海洋的物質(zhì)循環(huán)和氣候系統(tǒng)中。比如，淡水的大量流入可能會改變鹽度分布，從而對海洋環(huán)流結(jié)構(gòu)產(chǎn)生影響，進(jìn)而間接影響全球氣候模式。

▲上圖：關(guān)于跨極地漂流（TPD）中物質(zhì)再分配主要驅(qū)動因素的兩種不同觀點：一種觀點強(qiáng)調(diào)海冰-海洋的連通性，另一種觀點則側(cè)重于海洋表面的變異性。圖元：Laukert, G., Bauch, D., Rabe, B. et al.(2025)

但是，2025年4月14日這項發(fā)表在《自然·通訊》上的最新研究卻發(fā)現(xiàn)，這條“物流專線”并不像人們之前想象的那樣穩(wěn)定、單一。

科研人員通過一年時間對北冰洋中央的海水、海冰和雪樣本的系統(tǒng)采集與分析，他們發(fā)現(xiàn)，西伯利亞河流的水和物質(zhì)，并不是沿著一條固定的路線運(yùn)輸，而是會受到季節(jié)、氣溫、海冰活動和洋流變化等多種因素的共同影響。換句話說，這些“包裹”在前往目的地的路上，會經(jīng)歷非常復(fù)雜且不斷變化的旅程，有時還可能繞路，甚至滯留。

研究團(tuán)隊借助了一種叫做“地球化學(xué)指紋”的方法，通過分析水體中的氧同位素、釹同位素以及稀土元素，追蹤這些物質(zhì)的“出生地”和“旅程路線”。就像查快遞單號一樣，科學(xué)家可以知道這些物質(zhì)最初來自哪條河流，在海洋中經(jīng)過了哪些區(qū)域，又最終到了哪里。

其中一個關(guān)鍵發(fā)現(xiàn)是，海冰在這個過程中扮演的角色遠(yuǎn)比過去想象的要復(fù)雜得多。傳統(tǒng)上我們認(rèn)為海冰只是一個被動的運(yùn)輸工具，它在西伯利亞近岸形成，隨后隨洋流漂流，把其中的物質(zhì)帶向遠(yuǎn)方。但這項研究指出，沿著橫貫極地漂流形成的海冰，不再只是“運(yùn)輸箱”，它本身也在主動參與整個運(yùn)輸過程。

在海冰形成時，它會從周圍的水體中“吸收”不同來源的物質(zhì)，包括多條西伯利亞河流帶來的營養(yǎng)和污染成分。這些物質(zhì)被封存在海冰中，隨著漂流過程被混合、重組，最終在不同區(qū)域釋放出來。這種方式打破了過去我們對海冰只是封存一個來源物質(zhì)的理解，實際上，海冰成為了一個“混合艙”，它讓物質(zhì)的來源和傳播路徑更加多樣化和不可預(yù)測。

這種現(xiàn)象在氣候變暖的大背景下顯得尤為重要。隨著北極地區(qū)氣溫上升，夏季海冰的范圍持續(xù)縮小，融化速度加快，這種變化正在影響整個洋流系統(tǒng)的流向與速度。同時，西伯利亞河流的流量和流速也因為季節(jié)性降水變化而變得更加不穩(wěn)定。研究人員發(fā)現(xiàn)，這種“多源、多向、季節(jié)變動”的特性，正在讓北冰洋的物流系統(tǒng)變得前所未有地復(fù)雜。換句話說，北極這個原本被認(rèn)為相對緩慢、穩(wěn)定的系統(tǒng)，其實是一個非常敏感且動態(tài)變化的網(wǎng)絡(luò)。

格陵蘭島的冰山，是氣候變化的指示器，它們的大小、數(shù)量和移動速度等，為科學(xué)家研究全球氣候變暖提供了重要的參考數(shù)據(jù)。?攝影：王敏幹（John MK Wong）

這個研究的另一個令人關(guān)注的發(fā)現(xiàn)，是這些變化，正在加劇污染物在北極的傳播。由于傳輸路徑的不確定性和交錯，污染物不再只是沿著簡單路徑流向大西洋，而是可能被帶入原本未受影響的生態(tài)區(qū)域，從而對極地生物構(gòu)成威脅。微塑料和重金屬等污染物會通過海洋食物鏈逐級積累，最終影響到海鳥、海豹甚至人類自身。

▲上圖：MOSAiC考察期間的冰漂流軌跡以及示蹤劑的采樣地點。圖元：Laukert, G., Bauch, D., Rabe, B. et al.(2025)

進(jìn)一步的觀測還揭示，在不同海域和季節(jié)，表層海水的鹽度、溫度和河水比例會發(fā)生劇烈變化。例如，2020年初春，研究團(tuán)隊在海面以下50米的深度記錄到了超過每小時1公里的強(qiáng)表層流速，這是此前少有記錄的高速現(xiàn)象，可能受到風(fēng)力與洋流的共同強(qiáng)化。這種高速流動大大加快了淡水和其他物質(zhì)的運(yùn)輸速度，也增加了物質(zhì)擴(kuò)散的不可預(yù)測性。

這項研究得以實現(xiàn)，離不開一個名為MOSAiC的國際合作項目。這是歷史上最大規(guī)模的北極科考行動之一，歷時一年，有超過600位來自全球的科學(xué)家參與，使用了包括破冰船在內(nèi)的多種科研平臺。這種規(guī)模的科考使得科學(xué)家得以全年收集到寶貴的數(shù)據(jù)，而不僅僅是以往夏季容易接近的時段。正是這些全年、多角度的數(shù)據(jù)，幫助研究者還原出北極物質(zhì)運(yùn)輸網(wǎng)絡(luò)的真實面貌。

值得注意的是，這項研究并沒有單獨研究某一種污染物，而是專注于“物質(zhì)如何傳播”的問題。這看似抽象，卻是理解污染擴(kuò)散的關(guān)鍵一步。只有掌握了這些“快遞”包裹的行進(jìn)路線，才能進(jìn)一步預(yù)測未來在全球變暖背景下，北極會面臨怎樣的生態(tài)風(fēng)險。

從更大的角度來看，這項研究挑戰(zhàn)了一個長期存在的假設(shè)：即北極洋流系統(tǒng)的穩(wěn)定性。過去一個多世紀(jì)以來，我們一直把橫貫極地漂流視為一個穩(wěn)定、可預(yù)測的“快遞路線”，但現(xiàn)在的證據(jù)表明，這條路線其實在空間和時間上都非常靈活，甚至可能會在不遠(yuǎn)的將來發(fā)生更大的變化。

從西伯利亞的河流，到北冰洋的中心，再到遙遠(yuǎn)的北大西洋，這些看似遙不可及的地方，其實早已被一張龐大而復(fù)雜的“水中網(wǎng)絡(luò)”緊密聯(lián)系在一起。而隨著氣候的變化，這張網(wǎng)絡(luò)也在不斷調(diào)整它的結(jié)構(gòu)和方向。它不只是自然界的產(chǎn)物，也將深刻地影響到人類的未來。

近年來，由于北極升溫速度遠(yuǎn)高于全球平均水平，海冰范圍和厚度顯著減少。這使得海冰更容易漂移，物質(zhì)運(yùn)輸速度加快，可能會改變原有的生態(tài)平衡。這項研究的意義，不在于它解決了什么，而在于它讓我們看清了原來看不見、想不到的一面。當(dāng)人們談?wù)摎夂蜃兓瘯r，不只是南北極的冰川消融那么簡單，它還在悄然改變著地球系統(tǒng)中最基礎(chǔ)的“運(yùn)輸線路”。

德國基爾大學(xué)的研究員，該研究的共同作者多蘿西婭·鮑赫博士表示：“這些發(fā)現(xiàn)代表了前所未有的全年觀測數(shù)據(jù)。此前，我們僅有夏季的數(shù)據(jù)，因為冬季破冰進(jìn)入北極中心區(qū)域速度緩慢且異常困難。這項持續(xù)性的、跨學(xué)科的北極證據(jù)提供了重要而全面的見解，有助于我們更好地理解高度復(fù)雜的海洋系統(tǒng)及其未來可能的影響。”

海洋與濕地·小百科【MOSAiC計劃】

MOSAiC的全稱為“多學(xué)科漂流觀測計劃”（Multidisciplinary drifting Observatory for the Study of Arctic Climate），是迄今為止規(guī)模最大、最全面的北極綜合科學(xué)考察項目之一。該計劃由德國阿爾弗雷德·魏格納研究所主導(dǎo)，聚集了來自20多個國家的數(shù)百名科學(xué)家，于2019年10月~2020年9月間通過德國破冰船“極地星號”（RV Polarstern）隨海冰漂流長達(dá)一整年，深入北極中心地區(qū)。研究團(tuán)隊在極端寒冷和極夜條件下，系統(tǒng)地觀測了海冰、大氣、海洋、水文、生物和地球化學(xué)過程的變化，旨在揭示北極氣候系統(tǒng)的相互作用機(jī)制，提升對全球氣候變化的理解和預(yù)測能力。

【生物地球化學(xué)循環(huán)】

生物地球化學(xué)循環(huán) (Biogeochemical cycles) 是指地球上（包括生物圈、巖石圈、水圈和大氣圈）的化學(xué)元素和物質(zhì)以多種形式進(jìn)行轉(zhuǎn)化、并在不同環(huán)境介質(zhì)之間進(jìn)行循環(huán)和遷移的過程。這些循環(huán)過程驅(qū)動著地球系統(tǒng)的運(yùn)行，維持著生命的生存和發(fā)展，例如碳循環(huán)、氮循環(huán)、水循環(huán)等，它們相互關(guān)聯(lián)，共同塑造著地球的環(huán)境和氣候。

在上面的這個最新的研究中，重點分析了西伯利亞河流輸送到北極的淡水中所含的營養(yǎng)物質(zhì)是如何隨著海冰和表層洋流被帶往遠(yuǎn)方的。該研究發(fā)現(xiàn)，不同河流（如勒拿河、葉尼塞河、鄂畢河）的水體中營養(yǎng)成分和微量元素組成不同，它們的分布和變化會影響到海洋中浮游植物和微生物的生長，從而進(jìn)一步影響食物鏈、碳循環(huán)和氧氣生產(chǎn)。這些正是典型的生物地球化學(xué)過程。

【跨極漂流】

跨極漂流（Transpolar Drift，TPD）是北冰洋中一條重要的海冰和表層海水輸送通道，它從西伯利亞沿岸出發(fā)，橫穿整個北極地區(qū)，最終將物質(zhì)輸送至格陵蘭-斯瓦爾巴特海峽（Fram Strait）或加拿大北極群島海域。這個漂流過程主要由風(fēng)力驅(qū)動的海冰漂移和洋流共同作用形成，能將來自西伯利亞河流（如勒拿河、葉尼塞河、鄂畢河）的淡水、營養(yǎng)鹽、金屬、碳以及各種污染物質(zhì)（包括微塑料）輸送到遙遠(yuǎn)的北極中央和北大西洋。這條漂流路徑對北極海洋生態(tài)系統(tǒng)、食物鏈結(jié)構(gòu)和物質(zhì)循環(huán)有深遠(yuǎn)影響，還連接著歐亞大陸+全球氣候系統(tǒng)，是理解北極變化、及其全球影響的一個關(guān)鍵通道。

【地球化學(xué)指紋】

“地球化學(xué)指紋”是指利用特定的化學(xué)或同位素特征來追蹤水體、物質(zhì)來源和遷移路徑的一種科學(xué)方法。在這項研究中，科學(xué)家們使用了穩(wěn)定氧同位素（δ1?O）、放射性釹同位素（εNd）以及稀土元素（REE）濃度等指標(biāo)，作為追蹤西伯利亞河水和物質(zhì)在北極洋面漂移過程中的“指紋”。這些地球化學(xué)特征因為在不同河流源區(qū)具有獨特的組合，可以像指紋一樣區(qū)分各個水體的來源和混合比例，從而幫助研究人員揭示淡水、營養(yǎng)物質(zhì)和污染物如何隨著海冰和洋流沿跨極漂流路徑輸送，對北極生態(tài)系統(tǒng)和物質(zhì)循環(huán)造成影響。

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文 | 王海詩（Amphitrite Wong）

審核 | Richard
排版 | 綠葉
參考資料略