过去25年来，夏季北极海冰面积减少了超过100万平方公里。因此，现在北冰洋的大部分地区在夏季平均无冰。科学家们正在密切监测这如何影响远北地区的阳光供应和海洋生态系统。

“当如此大的区域变得无冰并且可以接受阳光时，就会出现许多问题。一种流行的范式表明，随着海洋环境中阳光变得更加丰富，北冰洋的生产力正在迅速提高。然而，目前还不清楚生态系统将如何随着日照的增加而演变，以及不同的组成部分将如何受到影响。”南丹麦大学生物系海洋科学家兼助理教授卡尔·阿塔德(Karl Attard)说。

阿塔德领导了一个国际研究小组，调查了未充分研究的北极海底的阳光可用性和光合作用生产。他们的研究发表在科学杂志《国家科学院院刊》(PNAS)上。

研究小组重点关注北冰洋广阔的陆架区域;海底相对较浅的部分，深度很少超过 200 米。这些广阔的区域约占北冰洋面积的一半，使得研究随着海冰持续减少海底生态系统如何反应变得特别有趣。

阳光是通过光合作用生长的生命体的重要能源。它们需要水、二氧化碳、营养物和阳光。科学家将这些生物体称为初级生产者，它们在海冰、水体和海底中繁衍生息。这些生物体是海洋中更广泛食物网的基础，支持具有重要商业意义的渔业和北极熊等大型掠食者。海底的主要初级生产者是微藻、海藻和海草。

“似乎可以合理地假设，随着更多阳光到达海底，北冰洋较浅区域海底初级生产者的数量将会增加。事实上，我们的研究表明，自 2003 年以来，暴露在阳光下的海底面积一直在以每年约 47000 平方公里的速度迅速增加。然而奇怪的是，我们并没有看到到达北冰洋海底的阳光总量有所增加，”卡尔·阿塔德(Karl Attard)说道，他指的是研究小组基于 20 年北冰洋卫星数据建立的模型。

这一令人惊讶的结果似乎是由于北冰洋许多地区的水透明度下降所致。

“到达无冰海洋的阳光会被水中的浮游植物、沉积物和溶解物质迅速吸收，从而阻止大部分阳光到达海底。我们的模型预测某些地区的初级生产会增加，但其他地区则不会，尽管所有这些地区现在都没有冰并且在海洋表面接收阳光”，Karl Attard 解释道。

造成海水浑浊的原因在于，北冰洋被陆地包围，世界上一些最大的河流都流入其中。河水会从河流流经的集水区带来大量颗粒，这些颗粒会使北冰洋的大部分地区形成云雾。

这些河流起源于遥远的蒙古或北美中部，在流入北冰洋时携带了大量颗粒。河水还含有溶解的分子，这些分子使水变色并吸收阳光。

在研究人员的模型中，新无冰区底部产生的生物量存在区域差异。这些模型表明，格陵兰岛和加拿大广阔的海岸线沿线的几个地方的初级生产有所增加。相反，俄罗斯大陆架大部分地区的初级生产出现下降。

“那么问题就出现了：为什么阳光的可用性和初级生产力在某些地区增加，而在其他地区却减少?不幸的是，我们的模型没有提供明确的答案来说明具体是什么推动了这种变化，要获得这些信息就需要调查各个区域并用更多的观测数据验证我们的模型。最新的模型表明，海藻和鳗草将在沿海浅海海底定居，并随着冰层进一步减少和水温升高而扩展到北冰洋”，卡尔·阿塔德说，并补充道：“这方面也需要更多的观测来检验模型中的不确定性。”

传统上，鳗草和海藻在充满冰的水中挣扎，因为冰减少了阳光的可用性并磨碎和损坏了它们的组织。然而，在越来越无冰的水域中，可能会出现大面积的水下植被，成为鱼苗和其他生物的栖息地。

研究人员计算出的北冰洋海底初级生产力只是海洋初级生产力总量的一部分，海洋初级生产力也发生在水体和海冰内。

“我们首次估计了微藻、鳗草和海藻的海底初级生产力，这意义重大。我们估计它是海冰产量的四倍，海冰产量受到了更多关注，并且在我们对北极生态系统的理解中得到了更好的体现。包括海洋初级生产的所有组成部分对于了解北冰洋生态系统内正在发生的事情至关重要”，Karl Attard 说。

过去几十年来，北冰洋经历了快速的环境变化，他预计这些转变将继续下去。

“我们的研究表明，气候变化对北冰洋阳光供应和初级生产的影响是复杂的。此外，随着北冰洋持续变暖，我们可能会看到更多的物种从低纬度地区迁徙，这可能会导致比现在更丰富的海洋环境，但代价是失去北极特有的东西，”他说。

卡尔·阿塔德 (Karl Attard) 是南丹麦大学生物系海洋科学助理教授，也是丹麦高等研究院研究员。他研究海洋生态系统和海洋生产力。阿塔德参加过 30 多次国际探险活动，包括北极、南极洲以及太平洋和大西洋的偏远岛屿。他的研究得到了丹麦独立研究基金通过 Sapere Aude 项目的支持。