改寫海洋的化學語言：中國科學家發現，海洋正打破一條百年定律

在深邃的海洋中，一直存在著一個掌控著生命節律的“神秘配方”——碳、氮、磷這三種關鍵元素，始終維持著一個固定比例。這個一直被科學界奉為圭臬的規律，就是著名的“雷德菲爾德比率”。

然而，我國科學家通過分析跨越半個世紀的觀測數據，驚奇地發現：這一經典規律正在發生系統性改變。究竟是什么力量在重新書寫海洋的化學語言？這些變化又將如何影響我們賴以生存的藍色星球？

定律的誕生

上世紀30年代，美國海洋學者雷德菲爾德在北大西洋進行科考時，通過反復測算海水及浮游生物樣本，注意到了一個規律：不同海域的硝酸鹽和磷酸鹽濃度雖有所差異，但比值都保持在約20:1。

在進一步比較后，他又發現，各類浮游生物體內的氮磷比例和海水營養鹽比例也驚人一致。由此，他提出了一個假說，即浮游生物的生長死亡過程中，吸收和釋放營養鹽的過程，塑造了穩定的比例。

1958年，他又將碳納入比例關系中，最終得出，海水中碳、氮、磷這三種關鍵生命元素的含量比例都穩定在106:16:1左右。

這個發現就是著名的"雷德菲爾德比率"。這個特定比例的形成正如雷德菲爾德假設的那樣，正是浮游植物的生命活動所塑造。

無論是微小的藻類還是浮游動物，在生長過程中吸收養分時，都默契地遵循著這個固定比例。當海洋生物死亡后，它們的遺骸在分解過程中，又會按照基本相同的比例將養分釋放回海水中。

這就形成了一個精密的自然循環系統，維持著海洋物質循環的動態平衡。而這個比例之所以能長期保持穩定，又得益于海洋中兩大過程的默契配合——固氮作用和反硝化作用。

一部分的海洋生物，會將大氣中的氮轉化為生物可用的形式，實現固氮；另一部分則將過剩的氮重新轉化為氮氣排入大氣。缺氮時，轉化過程增強；氮過量時，釋放過程加快。這套自然的雙向調節，長久維系著海洋元素的平衡。

定律正在改寫

今年7月，由我國科學家牽頭的國際團隊對這一經典規律提出了全新見解。

團隊系統整合了1971至2020年間來自各大洋區、從海面到千米深度的超過5.6萬份浮游生物樣本及近38.9萬份海水樣本數據，構建了迄今最全面的海洋元素比例數據庫。通過對這些數據的深入分析，研究人員發現了兩個維度的變化規律。

在空間維度上，海洋并非均質混合的“一鍋湯”，其元素比例呈現出精細分層結構。

在光照充足的表層海水里，大量的浮游藻類通過光合作用，把碳元素鎖在自己體內。當它們死亡后，隨著殘骸沉降到深海，在被分解的過程中，碳會更容易變為二氧化碳，而氮、磷則更多地保留在海水中。

這樣的運行機制，使得海水中隨著深度增加，碳與氮、碳與磷的比值呈下降趨勢。更引人深思的變化發生在時間維度上。

通過對過去50年數據的分析，研究人員發現浮游生物體內的碳與磷，氮與磷總體呈一個上升趨勢，這表明整個海洋生態系統正面臨日益嚴重的"磷饑餓"問題。

然而，在2007年前后，持續數十年的上升趨勢開始放緩甚至出現下降。這個轉折點，恰好與農田耕作、水土流失等人類活動向海洋輸送的磷顯著增多的時期吻合。這表明，人類對自然界的影響已經大到足以打破海洋化學成分的自然穩定。

這些發現共同指向一個核心結論：曾被奉為經典的雷德菲爾德比率，其實并非一成不變，它正在隨海域層次和時間推移悄然改變，這要求我們必須以全新的視角，重新審視海洋與地球未來的關系。

重塑海洋未來

關于這場變化背后的原因，我國研究團隊指出了兩個相互關聯的關鍵因素：人類行為和氣候改變。

一方面，農業施肥、生活污水和工業排放等人類活動，將大量原本不屬于海洋的元素帶入大海，這正是2007年后海水磷含量增加的重要原因。

另一方面，全球變暖導致的海水升溫，加劇了海洋的分層現象——隨著表層水溫升高，各水層之間的混合作用減弱，這不僅限制了富含營養的深海水對表層的補給，也改變了有機物沉降分解的整個過程，最終重塑了海洋的化學格局。

作為地球上最重要的"碳庫"之一，海洋的吸碳能力一直備受關注。

過去科學家們基于固定的雷德菲爾德比率來估算海洋能吸收多少二氧化碳，而如今這個比例正在動態變化，意味著未來我們需要調整對海洋碳匯能力的評估。更重要的是，這一變化表明海洋吸收二氧化碳的能力可能不如我們原先認為的那樣穩定可靠。

這帶來另一個值得關注的情況：空氣中二氧化碳的積聚速度很可能超出預估，從而給未來氣候的研判帶來更多變數。而另一方面，海洋生物賴以生存的營養基礎也在調整，這可能導致整個生態體系的運作方式發生根本性轉變。

從最基礎的浮游生物乃至整個大洋食物鏈都可能受到影響，最終可能導致生態位的重新洗牌：那些能夠適應高碳磷比、對磷需求較低的物種可能會占據優勢，而其他物種則可能面臨生存挑戰——我們熟悉的海洋生態格局，或許正在悄然改變。

結尾

科學認知需要不斷更新。昨天的定律可能不再適用于今天的海洋，這既帶來挑戰，也蘊含著機遇——讓人類有機會更早認清現實，調整行動。

保護海洋不再只是保護某種生物或某個海域，而是要從維護整個海洋最基本的化學平衡做起。畢竟，在這顆藍色星球上，每一次微小的化學變化，最終都會通過海流、氣候和食物鏈，與每個人的生活緊密相連。