地球上最原始的空氣，居然在這裡

由於這些珍貴的樣本過於「純淨」，研究者表示，去除每一步操作可能帶來的汙染是這項研究的主要技術挑戰。

只有在風暴鋒面系統中，陸地空氣才被輸送到這個原始海洋區域，而在這個過程中，到達南部海洋時，空氣已經「長途跋涉」穿越風暴路徑和持久的雲團區域，為陸地顆粒和汙染以降水的形式清除留夠了時間。

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南方周末綠色研究中心研究員 於茗騫

地球上還有一片原始的空氣嗎？

為了找到答案，美國科羅拉多州立大學一個氣候科學家團隊從澳大利亞的塔斯馬尼亞島航行到南極洲附近取樣，測量海洋邊界層空氣中生物氣溶膠組成成分，追蹤其中微生物的來源。科學家們意外地發現，該測量區域內的微生物大部分來自於海洋。2020年6月1日，《美國國家科學院院刊》(PNAS)發表了這項最新研究。

澳大利亞國家海洋設施（MNF）研究船（R/V Investigator）上的DNA採樣器。 （Kathryn Moore（穆愷源）/圖）

南極早已不是最後的淨土。多項研究發現，人類活動的影響已經波及地球上「最後一片荒野「——海水變色、微塑料汙染……南極洲附近海域真的保持了 「原始空氣」嗎？

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尋找最原始的空氣

大氣層中其實有很多微生物。1立方米山頂周圍的空氣中大概有104–105 個細胞, 在沙漠沙塵暴中可達到106–107 個每立方米。

對於南極洲附近的空氣，論文的通訊作者、科羅拉多州立大學的Sonia Kreidenweis教授回復南方周末，「與人們在地球上大多數地方呼吸的空氣相比，這裡的空氣的確非常乾淨，但比起『最乾淨的空氣』這個稱呼，形容為『原始海洋空氣』更為準確。」課題組強調，這一研究關注重點是雲、氣溶膠和大氣，而不是檢測或分析汙染物成分。因此，他們沒有對空氣中的POPs(持久性有機汙染物)或微塑料進行檢測。

之所以稱之為「原始空氣」，是因為他們跟蹤空氣中微生物來源發現，南冰洋海洋邊界層的空氣成分比較單純，測量到的所有顆粒都是天然來源，幾乎沒有人為活動產生或從遙遠陸地漂移來的微生物。

研究者在空氣樣本中鑑定出的細菌DNA與溫暖的亞熱帶海洋中的細菌有很大的不同，但與北半球種群（尤其是亞北極）具有相似性。通常來說，溫度和營養物濃度是控制海洋微生物群落結構的關鍵因素，這可能導致南冰洋和亞北極的細菌相似，仍需要進一步分析，但研究者假定，某些類型的細菌可能同時生活在兩個極地地區。

追蹤空氣中的細菌並不是這項研究獨創。該研究小組成員表示，2019年，就有學者利用微生物來源分析（SourceTracker）研究了城市空氣傳播細菌的季節性變化，通過研究這些空氣傳播細菌的來源進而可推導出氣團的來源。

這啟發了他們以這種方式來鑑別「原始空氣」。

微生物來源分析最初是為跟蹤室內環境中的微生物而開發的，也有研究利用這項技術比較北京PM2.5和PM10中的微生物來源。

由於這些珍貴的樣本過於「純淨」，研究者表示，去除每一步操作可能帶來的汙染是這項研究的主要技術挑戰。

通過推動周圍的空氣，使其通過過濾器，將空氣中的氣溶膠（包括細菌）收集到過濾器上。所有過濾器均在實驗室中預先清潔過，並單獨包裝。過濾器只能在戴手套時使用，並且只有在收集樣品或在層流罩進行實驗時，過濾器才處於包裝之外。層流罩使空氣以一定風速通過過濾器後，形成均流層而氣垂直單向流動，從而避免其他顆粒混入工作區，保證了樣品與實驗員的隔離。

在船上採樣，船本身是否會對研究造成影響，研究者採取了很多措施。過濾器被放置在船前的高處，以最大程度地減少在採樣器附近移動的人員。採樣器採用自動控制系統，當檢測到可能存在的汙染時——比如風將船尾排放的尾氣吹來，採樣泵會自動關閉電源。

保險起見，他們將結果與可能產生幹擾的DNA序列進行了比對，沒有發現匹配。

實驗室中分析比對細菌DNA。 （Thomas Hill/圖）

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為什麼「原始空氣」會在這？

對於這裡還保留著「原始空氣」的原因，Sonia Kreidenweis介紹，南極洲周圍，空氣通常從西向東流動，不受南緯高緯度地區的任何陸地群的限制，並且不會長時間直接與陸地接觸。

只有在風暴鋒面系統中，陸地空氣才被輸送到這個原始海洋區域，而在這個過程中，到達南部海洋時，空氣已經「長途跋涉」穿越風暴路徑和持久的雲團區域，為陸地顆粒和汙染以降水的形式清除留夠了時間。

因此，長期以來，澳大利亞和南極洲之間地區的原始空氣可能一直如此。

那麼這片純淨的空氣能維持多久？如果將來這片純淨的空氣發生變化，那可能是由於大氣環流的變化，使主要風暴路徑向南移動，以此增加從大陸地區輸送的空氣的頻率或強度。

不過，研究結果並不能推廣到南冰洋的其他地區或南極大陸，或是其他季節。

這一研究並不是在南極洲進行的，而是在南極洲周圍的海洋中進行的，遠離南美洲，位於澳大利亞和南極洲之間。同時，取樣非常靠近海平面，不能排除海平面上方的空氣中是否有大陸氣溶膠顆粒。

南極中部大陸上的空氣傳播細菌和其他氣溶膠可能與研究者們進行測量的地區完全不同，南極或南冰洋的不同地區也可能不同。例如，最接近南美洲的南極半島可能在一年中的某些時候受到南美洲空氣的影響。研究者還提醒，這一測量是在夏季進行的，在另一個季節結果可能有所不同。

地球上其他區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有嗎？Sonia Kreidenweis認為，除了遠途輸入的微生物之外，亞馬孫地區的邊界層空氣無疑將包含陸地細菌，受到接鄰土地和人為活動的影響。

這一研究結果是否意味著氣候變化沒有想像中的那麼快？ 研究人員表示，這一研究並沒有關注氣候變化的速度，只是表明在當前條件下，這一地區不易看到低空大氣中人為汙染的影響。相反，研究者也擔心，由於乾旱以及火災的影響，未來各大洲的顆粒物排放量將發生變化，這也可能會將更多的地面顆粒物帶入這一地區。

這項研究結果表明，海洋氣溶膠是影響該研究區域雲形成和動態的主要顆粒物來源。這項研究提供的信息，以及同期開展的其他測量，均將被用於改善對南冰洋中雲和輻射的氣候預測模型。

（作者為南方周末綠色研究中心研究員）

（本文首發於2020年7月2日《南方周末》，原創作品，轉載請與後臺聯繫。）

編輯 視覺 |汪韜