十年前，科学家们发现北冰洋海冰下大量繁殖的浮游植物。现在，使用水下仪器和航空航天科学家们发现了环绕南极洲的海冰下方可能存在大量水华的证据。研究结果最近发表在科学杂志Frontiers上。

浮游植物之于海洋就像草之于陆地：这些 漂浮的植物状生物 吸收阳光，吸收矿物质营养，并通过光合作用创造自己的食物（能量）。浮游植物几乎可以在任何有开阔、阳光照射的海洋区域的地方生长。当条件合适时，这些微观细胞的集合可以开花到从太空可见的鳞片。它们是海洋中其他生命的重要食物来源，也是地球上重要的碳回收和处理者。

但在最近的研究之前，传统观点认为，冰盖在一年中的大部分时间里都阻止了南极洲周围海洋中浮游植物的生长，因为很少有阳光可以穿透下面的水。然而，新的证据表明，海冰上的裂缝、薄点和缝隙足以让充足的日光透过。

“在南极洲周围，紧凑的海冰似乎无法穿透光线，”布朗大学的海冰科学家、这项新研究的主要作者克里斯·霍瓦特说。在大多数卫星的广阔而粗略的视野中，冰盖看起来是均匀的和片状的，这强化了这样一种观点，即对于下面的植物类生命来说，光太稀少和微弱了。

但是从海面和海面以下观察——现在用美国宇航局的冰、云和陆地高程卫星 2 ( ICESat-2 ) 的激光眼——科学家们看到南极海冰实际上布满了裂缝和开口。阳光穿过裂缝，为南大洋显着的冰下开花提供能量。

根据来自水下仪器和气候模型的数据，左图显示了 2014 年至 2020 年可能浮游植物大量繁殖的位置和数量，以及它们在冰袋内的位置。右图结合了卫星数据和模型，显示了哪些地方可能有足够的光线穿透冰层以维持水华。

霍瓦特和他的同事收集了三行证据。首先，他们检查了Argo 浮标收集的数据，Argo 浮标是测量从海面到大约 7,000 英尺（2000 米）深度的海洋不同特性的水下仪器。圆柱形仪器随水流漂移，在海洋中起伏，偶尔浮出水面，通过卫星发射器将数据传回陆基实验室。自 2014 年以来部署的 Argo 浮标可以检测水中叶绿素和微粒碳的存在，这两者都可以表明浮游植物的存在。

研究小组检查了七年来 2,000 多次冰下潜水的数据，发现几乎所有测量结果都表明浮游植物甚至在南半球春季和夏季的海冰消退之前就开始聚集。在四分之一的测量中，已经积累了足够多的浮游植物，表明开花事件正在进行中。

鉴于这些观察结果，该团队使用 ICESat-2 数据分析了冰的状况，以绘制一幅图片，说明从哪里以及有多少光穿过南极海冰的裂缝和开口。ICESat-2 上的主要仪器是激光高度计，它向地球表面发送光脉冲，然后在十亿分之一秒内测量单个光子返回卫星所需的时间。从这些信息中，科学家们可以推导出冰块的高度——并且还可以发现它们之间的裂缝和缝隙。

最后，Horvat 及其同事根据耦合模型相互比较项目第 6 阶段的冰盖模型，估算了南大洋冰盖的位置和厚度及其移动方式。他们还推导出了光合可用辐射 (PAR) 的估计值，这是一种衡量维持海洋水华所需阳光的方法。他们发现 1.2 到 190 万平方英里（3 到 500 万平方公里）——比印度还大的面积——被冰覆盖的南大洋可以让足够的光线穿透并支持一些冰下花朵。

霍瓦特说：“科学家们已经讨论过这里可能出现水华，但这是我们第一次在南极海域的冰层下看到它们。” “水华可能一直都在那里，只是我们没有能力观察它们。这一发现开辟了一种全新的思考冰周围和冰下生命的方式。海冰比人们想象的更有趣、更多样化，它可以支持范围广泛的生态社区。”

Horvat 所在的团队正在开发 ICESat-2 的新海冰产品，以更好地了解海冰的马赛克状纹理。他们还希望通过调查冰华的范围和频率以及它们是否具有季节性来跟进冰下水华研究。