科学家首次描述了南极洲冰下淡水湖的碳循环
哪里有水，哪里就有生命——即使是在南极洲冰川湖泊下。
近日，发表于美国地球物理联盟(AGU)的学术期刊AGU Advances的研究中，科学家们分析了从默瑟湖(Mercer lake)冰下湖底的沉积物和水中提取的海洋和微生物的化学指纹图谱，首次描述了活跃的微生物从哪里获得碳，及其在这个极其荒凉的系统中的能量转移。研究人员利用来自沉积物、微生物和碳循环的数据来推断该地区的地质历史，结果令人惊讶。
图源：百度
虽然人们之前认为默瑟湖上的冰在长达数十万年的时间里一直保持稳定，但这项新的研究证实，大约6000年前，默瑟湖与海洋相连，南极西部冰盖比现在要小，冰与海洋交汇的地方，比现在至少向内陆延伸250公里，可能更多。这一时期的气候相对于上一个冰河时代末期，甚至相对于今天的人为气候变化而言都是稳定的。
研究人员说:“这些来自水和沉积物样本的真实数字，现在可以用来验证冰盖模型。”他们从2018年12月到2019年1月，从冰下湖泊中钻穿了超过半英里的冰，获取出了迄今为止最长的岩芯——大约7英尺。
这是历史上科学家第二次从冰下湖泊中提取沉积岩芯。第一个是2013年从惠兰斯湖(Lake Whillans)获取。
“这项工作是我们向前迈出的一大步，我们原以为现在的冰川是逐渐消退到了现在的位置，但实际上它曾远远超出过现在的位置，这表明冰川比我们目前认识到的要动态得多。现在我们需要将这一新的认知纳入模型，以更好地预测未来随着地球变暖可能会发生什么。”
研究团队使用了地球化学工具，包括同位素分析和放射性碳定年法，来弄清楚碳如何在整个系统中循环。他们将其与已知的微生物代谢估计相结合，从数学上确定了南极西部冰盖的接地线何时消退。
图：从默瑟湖提取沉积物和水样的钻孔。图源:Kathy Kasic, Billy Collins
6000年前的碳尝起来还不错
研究人员说:“事实证明，生活在这种环境中的细菌是顽强的小家伙，它们会利用那里的资源生活。这项研究确实证实了哪里有水，哪里就有生命。”
湖中的微生物以6000年前的碳为食，当时该地区还与海洋相连。
强调一点，这里没有像地球上大多数湖泊那样，通过光合作用为生命提供能量的阳光。“在默瑟湖，除了6000年前遗留下来的碳，微生物还可以利用与冰盖本身相关的物理过程中产生的化学能，” 研究人员说。随着冰的移动，冰下的岩石被粉碎成小颗粒，这些小颗粒在水中流动，微生物——主要是细菌和古细菌——在一个被称为化学合成的过程中获取这些矿物质的能量。
研究人员说，默瑟湖底沉积物中的碳库比冰下河流循环系统中的任何其他碳库至少大100倍，微生物可以有效地利用它。此外，微生物同时也利用从上游水体引入系统的碳。冰下湖泊可能是短暂的，更像是一个编织的冰下河流系统，而不是一个封闭的湖泊系统。“这些湖泊不是独立的生态系统，而是通过水和沉积物的运输连接起来的社区网络。”
描绘更大的图景
南极冰盖的命运对全球海平面上升有着非同寻常的影响。研究人员表示:“在气候科学领域存在许多无望的厄运和阴郁。但我在这项工作中发现了希望，因为它强调了冰盖比我们以前所认识的更具活力，我们需要探索这种可逆性的想法——是什么强迫机制导致冰盖重新前进到今天的位置?这样我们就能更好地预测未来的情况。”
科学家们估计，南极洲可能有超过650个冰下湖泊，因此，关于冰下湖泊的核心研究才刚刚开始，研究也仅仅揭开了谜团的表面。但有一件事是肯定的:观察冰川的底部，特别是这些冰下湖泊系统中的水和沉积物，是值得付出额外努力的。
文：Sara 审：Daisy
参考资料：
https://phys.org/news/2023-05-scientists-carbon-subglacial-freshwater-lake.html
https://agupubs.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1029/2022AV000846
Citation：
Venturelli, R. A., Boehman, B., Davis, C., Hawkings, J. R., Johnston, S. E., Gustafson, C. D., ... & SALSA Science Team. (2023). Constraints on the timing and extent of deglacial grounding line retreat in West Antarctica.AGU Advances, 4(2), e2022AV000846.
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