你见过大海里下雪吗？

背景

“假若我是一朵雪花，翩翩的在半空里潇洒，我一定认清我的方向——飞扬，飞扬，飞扬……”，诗人徐志摩在《雪花的快乐》中分享着下雪的时候喜悦的心情。在下雪的冬日里，纷纷扬扬的雪花总能给人们带来许许多多美好的时光。然而，你知道大海里面也会下雪吗？

1975年，苏联的一艘轻型潜艇到北冰洋探测深海水文特征时发现了海雪的壮丽景象。当时潜艇上的探照灯打到黑漆漆的海面上，科考人员在舷窗外发现了一幅奇妙的“雪景”：无数片“雪花”纷纷扬扬地下个不停，甚至还能看到成串成串的雪片在海水中飞舞。在飘扬飞舞的“雪花”中，不时飘来一些造型奇特的海蜇，有葵花状的，有皇冠状的……它们在雪花中摇晃而过。有时也会游来成群的鱼儿，对着“雪花”追逐嬉戏一阵，然后就消失于茫茫“大雪”之中。这些深海生物的交替登场，使奇妙的“雪”景更加绚丽无比。

图1 海雪（图片来自网络）

什么是海雪

海雪是指海洋中肉眼可见的固体聚集体（>0.5 mm），其成分复杂，包括矿物碎片、细菌粘液、浮游植物和浮游动物排泄物。海洋雪形成的主要机制是物理凝结（粒子的碰撞和粘附）。粒子碰撞的主要驱动力是海洋中的湍流剪切。然而，粒子的碰撞附着力取决于碰撞频率、粒子大小、粒子粘度等。此外，许多微生物可以通过分泌具有强粘性的胞外聚合物（EPS）来促进颗粒的聚集和海洋雪的形成。海洋积雪在海洋中分布广泛，一般每升海水中的颗粒丰度为0~100个，沉降速度为16~368 m/d。

海雪有什么作用

海洋积雪在海洋中发挥着非常重要的作用，可归纳如下：（1）提供相对孤立的微环境，从周围海水中富集更多的微生物和化学物质，使得海洋生物群落和营养物质呈现的斑点分布；(2) 发挥纵向输送介质的作用，加速海洋中颗粒物的纵向输送；(3) 为浮游动物、鱼类等海洋生物提供重要的食物来源。海雪中大多数的有机物不能到达海底，而是在头1000米飘浮过程中，让微生物、浮游动物和其它滤食性动物消费掉。据此，海雪可以视为深海和底栖生态系统的基础，因为阳光不能到达这里，深海生物重度依赖海雪作为能量来源。因而某方面来讲，人类近代大规模的捕鱼活动，可能也会对深海生物造成意想不到的生态变化。海雪的产量随光合作用强度和洋流季节性地波动，也就是说春天更大一些，因此一些深海动物的繁殖周期与此同步。

图3 海雪聚集体原位图像（图片来自网络）

海雪能减轻温室效应？

因为海雪上面附着有微生物群落，所以目前已经得到了微生物学家的重视。最近研究发现海雪所运输的细菌可能和以前从海底分离出的细菌进行基因交换。因此，在这样广大的区域里也许存在尚未发现的适应高压、低温的物种，能够应用于生物工程或者制药工程。

图3 海雪在海洋碳泵中的核心作用（图片来自网络）

在全球碳循环中，海雪的作用可能在一定程度上减轻温室效应。浮游植物利用太阳能将二氧化碳固定在透光区并产生颗粒有机碳 (POC)。在透光区形成的POC被微生物、浮游动物及其消费者加工成“海雪”，然后通过浮游动物和鱼类的垂直下沉迁移输出到中层（200-1000米深度）和深海层。输出通量被定义为表层（大约100米深度）的沉积物，封存通量是中上层带（大约1000米深度）的沉积物。一部分POC被呼吸回海洋水柱深处的二氧化碳，主要是通过异养微生物和浮游动物，从而保持溶解无机碳 (DIC) 浓度的垂直梯度。这种深海 DIC 通过温盐环流在千年时间尺度上返回大气。1%到40%的初级产品输入到透光带之外，向中层带底部呈指数衰减，只有大约1%的地表产品到达海底。

图4 絮状聚集体（图片来自微生物学报）

小结

对海雪的早期研究主要集中在其形成、性质、生态和地球化学功能。2010年墨西哥湾“深水地平线”漏油事件后，研究人员观测到大量含有原油的海雪[称为“海油雪”（MOS）]，此后便开展了一系列研究来探索海雪与其他物质之间的联系。除原油外，一些研究人员表明，海洋雪还可以与无机金属元素和生物物质结合，影响其原始状态，甚至将其转化为一些有毒物质。这些研究使人们认识到海洋雪在与海洋污染物相互作用中的重要作用。然而，目前这些研究大多只关注海雪对污染物的影响，而对海雪形成的影响及其潜在机制知之甚少。

对于海雪进一步深入地研究有利于在不破坏海洋生态系统的同时，实现对于大海资源的开发与利用。同时，利用海雪进行碳资源存储或许能够成为实现碳中和与碳达峰的重要策略之一。