地球上還有原始的空氣嗎？

為了尋找答案，美國(guó)科羅拉多州立大學(xué)的一個(gè)氣候科學(xué)家小組從澳大利亞的塔斯馬尼亞島航行到南極洲附近，測(cè)量海洋邊界層空氣中的生物氣溶膠成分，追蹤微生物的來(lái)源。科學(xué)家意外地發(fā)現(xiàn)，該測(cè)量區(qū)域的微生物大部分來(lái)自海洋。2020年6月1日，《美國(guó)國(guó)家科學(xué)院院刊》 (PNAS)發(fā)表了最新研究。

澳大利亞國(guó)家海洋設(shè)施(MNF)研究船(R/V Investigator)的DNA取樣器。(凱瑟琳摩爾(慕開(kāi)元)/繪畫(huà))

南極已經(jīng)不是最后的凈土了。多項(xiàng)研究表明，人類活動(dòng)的影響是地球上的“最后荒野”——海水變色、微塑料污染。南極洲附近的海域真的保持著“原始空氣”嗎？

尋找最原始的空氣

大氣中實(shí)際上有很多微生物。1立方米山頂周圍的空氣中約有104 ~ 105個(gè)細(xì)胞，在沙漠沙塵暴中每立方米可達(dá)到106 ~ 107個(gè)。

關(guān)于南極洲附近的空氣，論文的通訊作家、科羅拉多州立大學(xué)的Sonia Kreidenweis教授在南部周末回答說(shuō)：“與人們?cè)诘厍虼蟛糠值胤胶粑目諝庀啾?，這里的空氣確實(shí)干凈，但與‘最干凈的空氣’的稱呼相比，‘原始海洋空氣’更準(zhǔn)確?！闭n題組強(qiáng)調(diào)說(shuō)，該研究重點(diǎn)不是探測(cè)或分析污染物成分，而是云、氣溶膠和大氣。因此，他們沒(méi)有檢查空氣中的POPs(持久性有機(jī)污染物)或微塑料。

之所以被稱為“原始空氣”，是因?yàn)橥ㄟ^(guò)追蹤空氣中的微生物源，發(fā)現(xiàn)南冰海洋邊界層的空氣成分比較簡(jiǎn)單。所有測(cè)量的粒子都是天然來(lái)源，幾乎沒(méi)有為活動(dòng)而生成或從遙遠(yuǎn)的陸地漂來(lái)的微生物。

研究者在空氣樣本中確認(rèn)的細(xì)菌DNA與溫暖的亞熱帶海洋中的細(xì)菌有很大不同，但與北半球種群(尤其是亞北極)有相似之處。一般來(lái)說(shuō)，溫度和營(yíng)養(yǎng)素濃度是控制海洋微生物群落結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵因素，這可能導(dǎo)致南冰海和亞北極的細(xì)菌相似，需要進(jìn)一步分析，但研究人員假設(shè)某些類型的細(xì)菌可以同時(shí)生活在兩個(gè)極地地區(qū)。

追蹤空氣中的細(xì)菌不是這項(xiàng)研究的獨(dú)創(chuàng)性。該研究組成員表示，2019年，學(xué)者們利用微生物源分析(SourceTracker)研究了城市空氣傳播細(xì)菌的季節(jié)變化，通過(guò)研究空氣傳播細(xì)菌的來(lái)源，得出了基團(tuán)的來(lái)源。

這啟發(fā)了他們以這種方式鑒別“原始空氣”。

微生物來(lái)源分析最初是為了追蹤室內(nèi)環(huán)境中的微生物而開(kāi)發(fā)的，也有研究利用這項(xiàng)技術(shù)比較北京PM2.5和PM10的微生物來(lái)源。

由于這些珍貴的樣品太純，研究者們表示，消除每一階段可能出現(xiàn)的污染是這項(xiàng)研究的主要技術(shù)挑戰(zhàn)。

推入周圍的空氣，通過(guò)過(guò)濾器收集空氣中的氣溶膠(包括細(xì)菌)到過(guò)濾器中。所有過(guò)濾器都在實(shí)驗(yàn)室提前清洗，單獨(dú)包裝。過(guò)濾器只能在戴手套時(shí)使用，只有在收集樣品或在層流罩上實(shí)驗(yàn)時(shí)，才會(huì)在包裝外部。層流罩使空氣以一定的風(fēng)速通過(guò)過(guò)濾器后，形成均勻?qū)?，使空氣垂直流向一個(gè)方向，使其他顆粒不混入工作區(qū)，從而保證樣品和實(shí)驗(yàn)者的隔離。

如果在船上取樣，船本身是否會(huì)影響研究，研究者們采取了很多措施。過(guò)濾器放置在船前面的高處，以盡量減少在取樣器附近移動(dòng)的人。采樣器使用自動(dòng)控制系統(tǒng)，如果檢測(cè)到可能的污染，——風(fēng)吹船尾排放的廢氣，樣品泵會(huì)自動(dòng)關(guān)閉電源。

出于安全原因，他們將結(jié)果與可能引起干擾的DNA序列進(jìn)行了比較，沒(méi)有發(fā)現(xiàn)匹配。

在實(shí)驗(yàn)室分析細(xì)菌DNA。(托馬斯希爾/圖)

為什么“原始空氣”會(huì)在這？

關(guān)于這里為什么還留有“原始空氣”，Sonia Kreidenweis介紹說(shuō)，南極洲周圍的空氣通常由西向東流動(dòng)，不受南緯高緯度地區(qū)任何陸地群的限制，長(zhǎng)期不會(huì)直接與陸地接觸。

只有在風(fēng)暴正面系統(tǒng)中，陸地空氣才被輸送到這個(gè)原始海洋地區(qū)，在這個(gè)過(guò)程中，到達(dá)南部海洋時(shí)，空氣已經(jīng)“長(zhǎng)途跋涉”，穿過(guò)風(fēng)暴路徑和持續(xù)的云丹地區(qū)，留下了足夠的時(shí)間以降水的形式清除陸地顆粒和污染。(威廉莎士比亞，溫德薩默)。

因此，澳大利亞和南極洲之間的原始空氣可能長(zhǎng)期如此。

那么這干凈的空氣能維持多久呢？今后，如果這種純粹的空氣發(fā)生變化，大氣循環(huán)的變化將使主要風(fēng)暴路徑向南移動(dòng)，從而提高大陸地區(qū)輸送的空氣的頻率或強(qiáng)度。(大衛(wèi)亞設(shè))。

但是研究結(jié)果不能擴(kuò)大到南冰洋的其他地區(qū)、南極洲或其他季節(jié)。

這項(xiàng)研究不是在南極洲進(jìn)行的，而是在南極洲周圍的海洋中，遠(yuǎn)離南美，在澳大利亞和南極洲之間。同時(shí)采樣距離海平面非常近，因此不能排除海平面上的空氣中是否存在大陸氣溶膠粒子。

南極中部大陸的空氣傳播細(xì)菌及其

他氣溶膠可能與研究者們進(jìn)行測(cè)量的地區(qū)完全不同，南極或南冰洋的不同地區(qū)也可能不同。例如，最接近南美洲的南極半島可能在一年中的某些時(shí)候受到南美洲空氣的影響。研究者還提醒，這一測(cè)量是在夏季進(jìn)行的，在另一個(gè)季節(jié)結(jié)果可能有所不同。

地球上其他區(qū)域還有這樣的原始空氣嗎？“地球之肺”亞馬孫熱帶雨林上方可能會(huì)有嗎？Sonia Kreidenweis認(rèn)為，除了遠(yuǎn)途輸入的微生物之外，亞馬孫地區(qū)的邊界層空氣無(wú)疑將包含陸地細(xì)菌，受到接鄰?fù)恋睾腿藶榛顒?dòng)的影響。

這一研究結(jié)果是否意味著氣候變化沒(méi)有想象中的那么快？ 研究人員表示，這一研究并沒(méi)有關(guān)注氣候變化的速度，只是表明在當(dāng)前條件下，這一地區(qū)不易看到低空大氣中人為污染的影響。相反，研究者也擔(dān)心，由于干旱以及火災(zāi)的影響，未來(lái)各大洲的顆粒物排放量將發(fā)生變化，這也可能會(huì)將更多的地面顆粒物帶入這一地區(qū)。

這項(xiàng)研究結(jié)果表明，海洋氣溶膠是影響該研究區(qū)域云形成和動(dòng)態(tài)的主要顆粒物來(lái)源。 這項(xiàng)研究提供的信息，以及同期開(kāi)展的其他測(cè)量，均將被用于改善對(duì)南冰洋中云和輻射的氣候預(yù)測(cè)模型。

一些建模者已將這里的空氣確定為地球上極少數(shù)可用于研究“前工業(yè)化”條件下的地點(diǎn)。

（作者為南方周末綠色研究中心研究員）

于茗騫