控制海洋生物的幕後力量

海洋是一座蘊含各種元素的大寶藏。其中有些元素很豐富，比如使海水變鹹的鈉和氯，而另一些的含量則微不足道，但卻有著不容小覷的作用：有鐵的地方生命茁壯成長；汞有致死的能力；硒含量的高低關係著物種是豐富多樣還是面臨滅絕……

就像看不見的木偶大師一樣，這些微量元素牽制著海洋生物，既可以賦予其生命也可以將其扼殺，然而我們卻很難追蹤它們的痕迹。不過，總有人在堅持，一個新的國際科學研究計劃——「海洋中痕量元素及其同位素的地球化學研究」（GEOTRACES）是旨在測量出海洋中微量元素的變化的全球合作項目。這個項目揭示了微量元素從何而來，以及它們如何控制著海洋生態系統。

浮游生物的鐵肥料

即使是在富含鐵的區域，每立方米海水中也僅有30微克的鐵。鐵元素在人體中有造血功能，參與了各種蛋白質的合成，促進生長。鐵對於海洋生物同樣也很重要，尤其是浮游生物，若是沒有鐵則無法合成葉綠素，進而影響光合作用，此外鐵還影響著它們對氮和磷的營養鹽的吸收。

那麼，對海洋初級生產力如此重要的鐵來自哪裡？其天然來源是陸地岩石風化後，通過氣流和江河帶入海中。此外，在對大西洋、太平洋、南北極和北冰洋的巡航測試中發現，深海熱液噴口也向海水中注入了大量的鐵元素。不過鐵元素在海洋中的分布很不均勻，會隨著時間的流逝形成沉積物而漸漸沉入海底，所以有些地區的海洋表層極其缺鐵。

而有些科學家把海洋當成是溫室氣體的處理廠，寄希望於能夠通過浮游生物的光合作用，把自工業時代以來排放的大量二氧化碳吸收掉的。由於有些海洋表層缺鐵，所以他們建議應該給海洋施點「鐵肥」，以促進浮游生物的生長來遏制全球變暖。當然，這種往海水中播種鐵的方式是否能夠起作用，目前還尚處於驗證階段，相關的爭論也比較多。

太多也不好的氮

氮和磷是植物生長所必須的元素，沒有氮，生物就無法製造蛋白質，研究發現，氮的含量影響著海洋生物的數量。

在陸地生態系統中，人們往土壤中添加了各種氮肥和磷肥，以提高農作物的產量。但我們付出的代價是，大量的氮和磷從農田流入河流和海洋。我們所知道的是，海洋中的氮和磷過多會造成富營養化，引發藻類生長的大爆炸，過多藻類瘋狂消耗海水裡的氧氣後足以使其他生物沒了呼吸的空間，形成所謂的海洋死區。

另一方面，海洋中氮含量的提高和氣候變化之間會相互影響，形成惡性循環。從農業土壤中流失形成的富含氮的水，會進一步形成一氧化二氮，逸散到大氣中。一氧化二氮也是一種溫室氣體，同時還是破壞臭氧的罪魁禍首之一。大氣中三分之一的一氧化二氮來自於海洋，可見海洋中隱藏的微量元素可以影響全球的生命。而大氣中氮含量增多後，隨著降雨也會將更多的氮又送回海洋，加劇富營養化。

物種多少硒說了算

硒元素對大多數生物來說都是必不可少的，包括我們人類。我們從各種各樣的食物中獲取它，然後它會參與某些蛋白質的合成，起到調節激素水平、清除毒素和支持神經系統工作等作用。海洋中硒元素的含量必須維持在一個恰當的濃度範圍，才能適合生物生存。甚至有研究認為，在5億年前，當大多數動物群首次出現在地球上時，它還推動了寒武紀生命大爆發。

但在高濃度的情況下，它可能是有毒的。自然界中的多種礦物中都含有硒元素的存在，硒可以從被侵蝕的岩石中釋放出來，並被帶入海洋。硒在生活中也有廣泛的應用，如複印機的硒鼓、動物飼料添加劑和植物殺蟲劑等。因此人類活動也產生了大量的硒化物，相關行業的大型工廠也產生大量含有硒的廢水，這些廢物廢水排放到生態系統中，會對生物產生不良影響，導致出現了很多畸形的魚類和其他動物。

硒的含量必須維持在一個微妙的平衡中，如果偏低也會引起嚴重的後果。硒含量偏低至少與三次的地球生物大規模滅絕有關。在奧陶紀、泥盆紀和三疊紀末期，當這三個至今仍是未解之謎的物種大滅絕發生時，海洋中的硒含量下降了兩個數量級，比現在的水平低了很多，遠遠低於維持動物生命所需的水平。

珍愛生命，遠離汞和鉛

汞在細胞內不僅不會起到什麼有益的功能，反而對生物的神經系統有害。一旦它在海洋中濃度接近毒性水平，就會在水生生物中形成甲基汞，引發動物大腦損傷、新生個體畸形和繁殖率降低等後果。

像汞一樣，鉛也會在食物鏈中累積。它被浮游生物吸收，然後進入食草動物和食肉動物的體內，不斷富集，最終對食物鏈頂端的動物——人類，也產生毒害作用。它會擾亂酶和細胞的功能，對心臟和腎臟都是有害的，還會對大腦造成不可逆轉的損傷。

最近，科學家研究了全球範圍內1850年至2010年期間累計汞的排放量，顯示僅由於人類活動就釋放了150萬噸的汞，比起天然來源的汞，人為因素引入的要高出78倍。鉛也是如此，海洋中幾乎所有的鉛都來自人類活動。

一旦汞被釋放到環境中，它就會在幾百年甚至上千年的時間裡反覆影響著周圍的生物。由於汞的危害性很大，128個國家已經簽署了水俁公約，要求締約國至2020年，全面淘汰體溫計、血壓計和紐扣電池等含汞產品，使用無汞替代品以遏制汞污染。對於鉛，許多國家也做出了相應的努力且頗見成效。自上世紀90年代和本世紀初，美國、歐洲各國、加拿大和墨西哥禁止使用含鉛汽油以來，北大西洋的鉛含量已經減少了一個90%。

無功無過的釹

海洋中還有一些微量元素既不是營養素也不是毒素。而科學家之所以對它們感興趣是因為藉助它們我們能研究其他微量元素。例如，稀土元素釹可以幫助我們追蹤其他元素曾經走過的路。

研究表明，岩石中釹同位素的組成可以推測岩石形成的年代。岩石越年輕，釹的兩種同位素，釹-143與釹-144的比例就越高，根據這個我們可以推測出世界各地的岩石年齡。這意味著，當研究人員在海洋沉積物中發現釹時，他們可以推測出沉積物所屬的年代，進一步推測出其可能來自何方。由於微量元素與其他元素經常一起旅行，釹就可以幫助科學家確定其他元素的可能來源，比如鐵。

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