融化的海冰不仅改变了进入海洋的光量，还改变了光的颜色，破坏了海洋的光合作用，并以微妙但深刻的方式改变了北极生态系统。

随着全球变暖导致极地海冰融化，不仅进入海洋的阳光量会发生变化，水下光的颜色也会发生转变，这对水下生物有着重大影响。

《自然-通讯》杂志上发表的一项新研究表明，这些变化可能会对冰藻和浮游植物等微小但重要的生物体产生重大影响。该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尼卡·索亚-沃兹尼亚克和杰夫·惠斯曼领导。

该国际科学家团队由物理化学家山德·沃特森 (Sander Woutersen) 以及来自荷兰和丹麦的合作者组成，他们探索了融化的海冰是如何改变水下光环境的。与开阔水域相比，光在海冰中的表现截然不同。

海冰会反射和散射大部分阳光，只允许一小部分阳光穿透，但这一小部分阳光几乎涵盖了所有可见光的波长。而开阔的海水则会吸收红光和绿光，只允许蓝光向更深处传播。这就是为什么我们眼中的海洋会呈现蓝色的原因。

水分子的振动

冰和液态水之间的另一个关键差异在于分子振动的作用。在液态水中，H₂O分子可以自由移动和振动，从而在特定波长处形成明显的吸收带。这些吸收带会选择性地去除光谱中的部分光线，造成可用于光合作用的光线中出现缺口。

Maayke Stomp 和 Huisman 教授先前的研究表明，这些分子吸收特征形成了“光谱生态位”——可供光合生物利用的不同波长的集合。浮游植物和蓝细菌已经进化出多种色素，以适应不同的光谱生态位，进而在全球海洋、沿海水域和湖泊中分布。

然而，在冰中，水分子被锁定在刚性的晶体晶格中。这种固定的结构抑制了它们分子振动的能力，从而改变了它们的吸收特性。因此，冰缺乏液态水的吸收带，从而在海冰之下保留了更广泛的光谱。这一根本差异在海冰融化时发生的光谱变化中起着关键作用。

生态影响

随着海冰的消失，开阔水域取而代之，水下光环境也由广谱色彩转变为以蓝色为主的较窄光谱。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最充分地利用穿透冰雪的少量光线中所包含的各种颜色，”首席作者莫尼卡·索亚-沃兹尼亚克（Monika Soja-Woźniak）说。“当冰雪融化时，这些生物会突然发现自己身处一个以蓝色为主的环境中，而这种环境与它们体内的色素不太匹配。”

研究人员利用光学模型和光谱测量表明，这种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，专门吸收蓝光的藻类可能会获得很强的竞争优势。

据胡斯曼教授称，这些变化可能产生一系列的生态影响。“光合藻类构成了北极食物网的基础。它们生产力或物种组成的变化会产生连锁反应，影响到鱼类、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的过程中起着重要作用。”

研究表明，极地地区的气候变化不仅仅导致冰层融化，它还会对海洋生态系统中的光传输和能量流动等关键过程造成根本性转变。

研究结果突显了在气候模型和海洋预测中更明确地纳入光谱和光合作用的重要性，尤其是在环境变化正以空前速度加剧的极地地区。

参考文献：《海冰消融改变水生光合作用光谱》——莫尼卡·索亚-沃兹尼亚克、塔齐奥·霍尔特罗普、桑德尔·沃特森、亨德里克·扬·范德沃德、拉斯·克雷斯滕·伦德-汉森和杰夫·惠斯曼，2025年4月30日，发表于《自然-通讯》。数字对象唯一标识符：10.1038/s41467-025-59386-x

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