日本國立研究開發法人海洋研究開發機構（以下簡稱「JAMSTEC」）地球表層系統研究中心的特任研究員鹽崎拓平等人發現，北冰洋的浮冰減量會透過抑制硝化反應影響海洋氮循環。
氨及硝酸和亞硝酸等氮是生產海洋生物最重要的營養素。海洋中會發生對無機氮的形式進行轉換的硝化反應，在此程序中由有機物質分解而來的氨透過微生物的活動轉化爲亞硝酸和硝酸。硝化反應是海洋氮循環的核心環節，發揮着決定海洋中各種無機氮的比例的重要作用。另外，透過以往的研究已經知道，硝化反應受氨濃度、光強度和pH值控制。研究表明，近年來北冰洋的浮冰解凍加劇及海洋加酸可能會影響硝化反應的速度，但此前一直不清楚實際情況。
此次，研究小組利用海洋地球研究船「未來號」，在北冰洋西部楚科奇海的大陸架區和海盆區（圖1），觀測了硝化反應如何響應光強度和pH值。
圖1：2016年（紅色）和2017年（綠色）的北冰洋觀測點。灰色粗線和虛線分別爲100m和50m的等深線。
觀測發現，硝化速度雖然會隨着pH值的降低而變慢，但pH值對硝化速度的影響比光的影響小，光強度爲0.11 mol photons m-2 d-1以上時，硝化反應明顯受到抑制（圖2a）。以0.11 mol photons m-2 d-1爲光強度的閾值時，在北冰洋大陸架區和北冰洋海盆區水深約爲80m以内的深度觀測到了超過閾值的光強度（圖3），並且觀測到硝化反應受到抑制。
圖2：（a）光控制實驗的結果。（b）調查海域透光層内的硝化速度與光強度的關係。
圖3：北冰洋大陸架區及海盆區的硝化速度垂直分佈。棕色虛線是海床深度。綠色虛線是光強度爲0.11 mol photons m-2 d-1時的深度。St.05、06爲海床正上方的分佈圖，光強度在0.11 mol photons m-2 d-1以上。
研究小組實際透過人造衛星觀測對過去20年的北冰洋照明環境進行解析發現，隨着浮冰減量，海床部分或者水深50m處的光強度超過閾值的海域在整個北冰洋均出現擴大（圖4），終極因數被認爲是硝化反應嚴重受到抑制。研究認爲，光在海中的傳播強化，硝化反應就會受到抑制，由於氨難以被轉化爲硝酸，氨態氮營養鹽在海中的相對量就會增加（圖5）。
圖4：（a）最小浮冰面積與水深50m以内的海床部分或者水深50m處的光強度爲0.11 mol photons m-2 d-1以上的海域（高光強度海域）總面積。（b）1998-2006年、（c）2007-2017年的高光強度海域的年度頻率間距分佈。灰色區域是全年均沒有浮冰覆蓋的部分。白線爲50m等深線。黑線爲1998-2006年、紅線爲2007-2017年間出現最小浮冰面積時的冰緣。
圖5：被浮冰覆蓋時及浮冰解凍時的無機氮情況。
對浮游植物來說，氨態氮能以很少的能量合成有機物，因此氨態氮相對存在量增加的變化對支撐食物鏈底端的低級生態系統非常有利，對食物鏈頂端的高級生物的生產也可能會產生巨大影響。
以前，主流意見認爲人類活動造成的氮循環變化是由大量製造的氮肥和化石燃料燃燒產生的剩餘氮的負荷引起的，是人口較多的中低緯度地區存在的問題。極地地區的大城市和農田比較少，人爲終極因數對海洋造成的直接氮負荷比中低緯度地區輕。但本研究透過觀測發現，北冰洋浮冰的加速解凍改變了照明環境，由此導致氮循環發生變化。可以說，這是以前被忽視的人類活動的影響。今後需要明確抑制硝化反應會對北冰洋的氮循環和海洋生態系統產生哪些影響。
相關研究成果已於8月22日發佈在美國地球物理可用能聯盟發行的學術期刊《Global Biogeochemical Cycles》上。
論文：
Factors regulating nitrification in the Arctic Ocean: Potential impact of sea ice reduction and ocean acidification
文：JST客觀日本編輯部翻譯整理
