硅藻擴(kuò)散之謎：被超級(jí)火山噴發(fā)吹至高空

這張假彩色圖片上的硅藻來(lái)自新西蘭陶波火山的古老火山灰，已有25000年的歷史。

近日一項(xiàng)研究稱，硅藻不僅能被火山灰云帶到同溫層并存活下來(lái)，之后它們還會(huì)飄落到距離遙遠(yuǎn)的島嶼上。研究作者亞歷克斯·范·伊頓(Alexa Van Eaton)說(shuō)：“一邊是精致的、有硅質(zhì)外殼的生物體，另一邊是地球歷史上最強(qiáng)烈的噴發(fā)活動(dòng)之一，二者之間的對(duì)比何其之大?！彼瑫r(shí)在華盛頓州喀斯卡特火山觀測(cè)臺(tái)和亞利桑那州立大學(xué)開展博士后研究。

這些硅藻是被25000年前新西蘭北島的陶波火山超級(jí)噴發(fā)帶到空中的。范·伊頓在9月6日的《地質(zhì)學(xué)》(Geology)雜志中稱，有超過(guò)6億立方米的硅藻被從一個(gè)湖泊“吹”到了空中。如果這些硅藻團(tuán)在一起，其體積將與夏威夷久負(fù)盛名的鉆石頭山(夏威夷瓦胡島的一座死火山)相當(dāng)。

一些硅藻甚至飄到了新西蘭以東850公里處的查塔姆群島?！八鼈兪亲狭隧橈L(fēng)車，”范·伊頓說(shuō)，“如果它們?cè)谀抢锎婊钕聛?lái)，就意味著微型生物能通過(guò)這種方式長(zhǎng)途旅行并彼此相遇?！辈樗啡簫u上原始的硅藻殼體表明，這些硅藻能夠通過(guò)大氣氣流傳播并占據(jù)新的生態(tài)位。

硅藻的世界

硅藻統(tǒng)治著地球的各種水域。從南極的冰湖到酸性的溫泉，再到普通家庭中的水族箱，硅藻無(wú)處不在。美國(guó)德州大學(xué)的硅藻專家兼進(jìn)化生物學(xué)家愛德華·塞里奧特(Edward Theriot)說(shuō)，這其實(shí)是一件好事，這些微小的生物提供了地球50%的氧氣。塞里奧特并沒有參與這項(xiàng)研究。

不同物種的硅藻外形各異，有的像小型的培養(yǎng)皿，有的像足球。它們一生都隨著水流漂浮。硅藻并不會(huì)游泳，它們是如何擴(kuò)張并占據(jù)新領(lǐng)地的，依然是一個(gè)謎題。硅藻的擴(kuò)張速度極快。14000年前，當(dāng)懷俄明州的黃石湖剛剛從上公里厚的冰層中冒出來(lái)時(shí)，硅藻很快就出現(xiàn)在湖水中。塞里奧特說(shuō)：“它們或者是被某種機(jī)制吹到了這里，或者由水鳥攜帶而來(lái)?！?/p>

硅藻特別喜愛火山湖泊，因?yàn)樗鼈兪俏ㄒ荒荛L(zhǎng)出硅質(zhì)外殼的生物(玻璃海綿雖然也能長(zhǎng)出硅質(zhì)骨針，但并不能形成堅(jiān)硬的外殼)。富含硅質(zhì)的巖漿常常引起火山噴發(fā)，留下日后被湖水填充的火山口。硅是硅藻形成外殼的關(guān)鍵元素。塞里奧特稱，黃石湖就坐落在一個(gè)由超級(jí)噴發(fā)所形成的巨火山口中，湖水中硅藻數(shù)量之大，使得湖底沉積物大部分由硅藻外殼組成(占重量的85%)。

新西蘭北島陶波火山的超級(jí)噴發(fā)將大量的硅藻帶到了同溫層，完好保存

陶波火山的超級(jí)噴發(fā)穿透了一個(gè)填滿裂谷的深水湖泊——與東非大裂谷中那些狹長(zhǎng)的湖泊類似。水和火山灰的結(jié)合形成了恐怖的雷暴，云層厚且風(fēng)力極大。范·伊頓說(shuō)，爆炸使火山灰和藻類以超過(guò)400公里每小時(shí)的速度向上噴出。火山冰雹(被稱為團(tuán)積火山礫)擊打著方圓數(shù)公里以內(nèi)的地面。

范·伊頓是在對(duì)火山冰雹做電子顯微鏡掃描時(shí)發(fā)現(xiàn)這些硅藻的。“我第一次見到它們時(shí)，是在觀察一些火山灰團(tuán)塊，突然間，這些美妙的、對(duì)稱的外殼出現(xiàn)了，”她說(shuō)，“它們的外殼被完好地保存下來(lái)?！?/p>

范·伊頓很快就確認(rèn)出在火山灰內(nèi)發(fā)現(xiàn)的3種硅藻中，有一種只出現(xiàn)在新西蘭的北島。這意味著，她有了一個(gè)獨(dú)一無(wú)二的生物標(biāo)記，來(lái)追蹤南太平洋周圍25000年前的火山灰層的來(lái)源。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，北島獨(dú)有的這種硅藻出現(xiàn)在了查塔姆群島上的火山灰中。事實(shí)上，這些硅藻到達(dá)查塔姆群島的路程遠(yuǎn)比地圖上看起來(lái)長(zhǎng)得多。范·伊頓及其同事推測(cè)，當(dāng)時(shí)盛行西向的風(fēng)，因此這些硅藻在南半球盤旋許久后才落到了查塔姆群島上。

有些硅藻依然保持著當(dāng)初的顏色，無(wú)論是在靠近火山口的火山灰中，還是在查塔姆群島上。范·伊頓說(shuō)，這些顏色表明它們并沒有在火山噴發(fā)的過(guò)程中經(jīng)歷過(guò)極端的高溫。

孢子飄浮的天空

盡管這些硅藻十分原始，但塞里奧特懷疑硅藻是否能在火山噴發(fā)中存活下來(lái)。他推測(cè)使硅藻的休眠孢子借助大氣氣流進(jìn)行長(zhǎng)途旅行，然后落下并占據(jù)新的生態(tài)系統(tǒng)。正是利用孢子，硅藻才能躲過(guò)惡劣的環(huán)境變化。兩年前，丹麥科學(xué)家成功使當(dāng)?shù)貚{灣渣土中休眠了上百年的孢子復(fù)活。科學(xué)家在云層中也發(fā)現(xiàn)了休眠的孢子。塞里奧特說(shuō)，火山噴發(fā)很可能將湖底的孢子“發(fā)射”到了天空中。

“我和其他許多人都曾經(jīng)開玩笑說(shuō)，黃石的火山又一次將黃石湖底部的硅藻土炸到了空中，并四散傳播，”塞里奧特說(shuō)，“在這類現(xiàn)象中，(黃石湖)是研究得最透徹，也記錄得最為詳細(xì)的例子。因此我們真的可以將火山列入(硅藻如何傳播)的可能性列表中。而且火山是特別高效的?！?/p>

范·伊頓希望這一發(fā)現(xiàn)能夠促使其他科學(xué)家在“潮濕噴發(fā)”(wet eruptions)——即巖漿與水碰撞的地方——中搜尋微型生命?！斑@是一個(gè)確定火山灰沉積來(lái)自何方的潛在工具，”范·伊頓說(shuō)，“如果能夠鑒定出某些微生物是某個(gè)地區(qū)獨(dú)有的，那你就可以為火山沉積物確定一個(gè)生物指紋。同樣的原理也可能存在于現(xiàn)代的火山噴發(fā)中，但沒有人花時(shí)間來(lái)尋找它們。”

火山灰常常能擴(kuò)散到數(shù)百公里以外，但一旦遠(yuǎn)離了最初的源頭，要確定少量的火山灰來(lái)自哪座火山就變得非常困難。特別是在南太平洋，這里的火山一直都在噴發(fā)。塞里奧特同樣懷疑硅藻是否能有效地追蹤火山灰。硅藻是全球廣泛分布的生物類群，我們很難找到某個(gè)地區(qū)特有的硅藻種類?！叭绻阍诙砗ザ碇莸囊惶幠嗵吨邪l(fā)現(xiàn)了含有硅藻的火山灰沉積物，你很難確定這些硅藻是來(lái)自黃石，還是來(lái)自那個(gè)泥潭，”塞里奧特說(shuō)，“這需要有一系列非同尋常的環(huán)境，如新西蘭的這種與當(dāng)?shù)胤N類格格不入的硅藻，才能使人確信它們確實(shí)是隨著火山灰飄過(guò)來(lái)的?！?任天)