由于北极海冰融化加剧，阳光现在越来越深入海洋。由于海洋浮游动物对可用光线做出反应，这也改变了它们的行为，尤其是微小生物体在水柱内上升和下降的方式。

由阿尔弗雷德·韦格纳研究所领导的一个国际研究小组现已表明，未来这可能会导致浮游动物更频繁地出现食物短缺，并对海豹和鲸鱼等大型物种产生负面影响。该研究发表在《自然·气候变化》杂志上。

为了应对人为气候变化，北极海冰的范围和厚度正在下降;目前，海冰平均范围正在以每十年13%的速度减少。最新研究和模拟表明，最早到2030年，北极可能会迎来第一个无冰夏季。

结果，北冰洋生物体的物理条件正在发生同样明显的变化。例如，由于海冰越来越少且越来越薄，阳光可以穿透到地表以下更远的地方。因此，在某些条件下，水和冰中微藻的初级生产(即生长)可以大幅增加。这些变化的光照条件如何影响食物链中较高的营养级(例如部分以微藻为食的浮游动物)仍然知之甚少。在这方面，由亥姆霍兹极地和海洋研究中心(AWI)阿尔弗雷德韦格纳研究所的HaukeFlores博士领导的国际研究小组现已获得了宝贵的见解。

弗洛雷斯说：“每天，我们星球上最大规模的生物体大规模运动都在海洋中进行——浮游动物的每日迁徙，其中包括微小的桡足类动物和磷虾。到了晚上，浮游动物升到水面附近，进食。当白天到来时，它们会迁回深处，以免受掠食者的侵害。”

“虽然单个生物体很小，但加在一起就构成了水柱内生物量每天巨大的垂直运动。但在极地地区，迁徙是不同的——它是季节性的;换句话说，浮游动物遵循季节性循环。在夏季极地日长达数月的明亮期间，它们停留在深处;在冬季极夜长达数月的黑暗期间，部分浮游动物上升并停留在冰层下方的近地表水中。”

低纬度地区的每日迁徙和极地地区的季节性迁徙主要由阳光决定。这些微小的生物通常更喜欢黄昏条件。它们喜欢保持在一定的光强度(临界辐照度)以下，该光强度通常相当低，并且位于黄昏范围内。当阳光强度在一天或季节中发生变化时，浮游动物就会去它们能找到它们喜欢的光照条件的地方，这最终意味着它们在水柱中上升或下沉。

弗洛雷斯解释说：“特别是在海冰下方的水柱最高20米处，没有关于浮游动物的可用数据。”“但正是这个难以到达的区域才是最有趣的，因为它就在冰层内和冰层下方，是浮游动物赖以生存的微藻生长的地方。”

为了在那里获取读数，该团队设计并建造了一个自主生物物理观测站，并在2020年9月与AWI研究破冰船Polarstern进行的MOSAiC探险结束时将其停泊在冰下。这里远离人类造成的任何光污染活动——该系统能够持续测量冰下的光强度和浮游动物的运动。

“根据我们的读数，我们确定了浮游动物的临界辐照度极低：每平方米0.00024瓦，”AWI研究人员说。“然后，我们将这个参数输入到我们的计算机模型中，以模拟海冰系统。这使我们能够针对一系列气候情景，预测如果海冰消失，到本世纪中叶，这种辐照度水平的深度将如何变化。由于气候变化，他变得越来越瘦。”

2020年9月，科学家们使用RVPolarstern在MOSAiC第五航段的末端在北冰洋中部的浮冰上安装了浮标。这些浮标正在作为海冰和海洋的自主生物物理观测站。该观测站除其他组成部分外，还包括测量海洋顶部50m的声学反向散射的声学浮游动物和鱼类分析仪(AZFP)、配备高光谱光传感器的辐射站，测量350至920nm之间冰层底部的辐照度25，和CTD浮标(电导率、温度、深度)。图片来源：阿尔弗雷德韦格纳研究所/FolkeMehrtens

专家发现了什么

由于冰层厚度不断下降，临界辐照度水平会在今年早些时候下降到更大的深度，直到今年晚些时候才回到表层。由于浮游动物基本上保留在低于这一临界水平的水域中，因此它们的运动将反映这种变化。因此，在未来的情景中，它们在更深的地方停留的时间会越来越长，而冬季它们在冰层以下表面附近的时间会越来越短。

“在未来气候变暖的情况下，冰将在秋季晚些时候形成，导致冰藻产量减少，”弗洛雷斯解释道。“这，再加上浮游动物延迟上升到水面，可能会导致浮游动物在冬季更频繁地出现食物短缺。同时，如果浮游动物在春季较早上升，可能会危及生态上重要的浮游动物物种的幼虫生活在更深的地方，更多的东西可以被成年人吃掉。”

“总而言之，我们的研究指出了一种以前被忽视的机制，它可能会在不久的将来进一步减少北极浮游动物的生存机会，”弗洛雷斯说。

“如果这种情况成为现实，将对整个生态系统产生致命的后果，包括海豹、鲸鱼和北极熊。但我们的模拟还表明，如果能够达到1.5°的目标，对垂直迁移的影响将不会那么明显。如果温室气体排放量不受控制地增加。因此，能够避免的人为变暖每十分之一度对于北极生态系统都至关重要。”