3月5日五大湖的冬季研究将帮助科学家了解气候变化以及冰消失时会发生什么

一群科学家走到结冰的密歇根湖，做他们在五大湖中一次又一次地做的事情：收集水。

他们在威斯康星州格林湾的一个公园的海岸线上向下钻探，那里安静得可以听到当阳光温暖结冰的表面时冰块爆裂的声音。

但回到陆地上，一切都开始冻结。笔，人的手。最令人担忧的是水样。

这项工作是对所有五个五大湖进行的首次协调采样的一部分，目的是弄清楚世界上最大的淡水系统之一在冬季发生了什么——科学家们对此知之甚少。

第一次尝试并非没有挑战，但研究人员认为这项工作是了解冰可能变得越来越稀少的快速变化季节的一个迟到且必要的步骤。

随着从苏必利尔湖到伊利湖的 30 多个地点的采样结束，一些芝加哥研究人员现在将在理解湖泊中最小的成员方面发挥关键作用——这些成员构成了一些最大的谜团。

微生物——包括细菌和病毒——通常比肉眼看到的要小。然而，它们拥有巨大的力量，尤其是在五大湖应对气候变化时。

芝加哥大学地球科学副教授莫琳·科尔曼说：“也许我们预计，作为人类，我们会在冬天蹲下来，呆在室内看 Netflix。所以也许所有的生物学都在冬眠。” “但显然不是。”

科尔曼于 2012 年开始了对五大湖微生物的首次长期研究，从而发现了数百种新物种。

她的实验室将分析来自五大湖地区的样本，以更好地了解这些微小的哨兵在做什么。科尔曼说，一旦所有样本都到达，分析可能需要几个月的时间，然后科学家们将共同努力，弄清结果。

“这是一个很好的终点，因为我们将拥有数据，”科尔曼说。“这也是很多未来工作的一个很好的起点。”

“微生物在做他们的事”

在夏季，在随心所欲地改变的天气条件和航行所需的计划之间，很难在五大湖中航行。在冬天，冰层到达，船只停靠，浮标被拉起。涉及人类的研究可能需要一些捆绑，更不用说强大的体质了。

科尔曼说，虽然条件对我们来说可能是极端的，但一些微生物可能已经习惯了寒冷。例如，在苏必利尔湖深处，微生物全年都在活跃生长，即使它们被冰冷的水和黑暗所笼罩。

“这对我们来说似乎不友好，”科尔曼说。“但这就是他们适应的地方，所以他们不介意。这就是他们的生活方式。”

谈到冬天，科尔曼说她很想知道是否有感冒专家，并预计会有“大量的微生物在做他们的事情”。

“我们对生活在五大湖中不同深度和不同湖泊的人有一点感觉，”科尔曼说。“现在我们很高兴看到冬季社区与春季和夏季社区相比如何。”

已经有一些意想不到的认识。

科尔曼说：“意识到冰下的光合作用实际上可能比没有冰的情况下发生的多，这让我感到惊讶。”

光可以穿透冰层，冰层可以使下面的水平静下来，这可以防止光合生物混合到湖底，或者混浊的沉积物混合起来。发生多少光合作用对今年晚些时候可以养活多少鱼有影响。

科尔曼说，在绿湾，冰下的水是鲜绿色的，虽然这可能不是有害的藻类水华，但光合作用仍在充分发挥作用。

Coleman 的实验室多年来一直与环境保护署在温暖的月份收集样本，研究人员现在可以利用这些样本来建立冬季条件和以后可能发生的情况之间的联系。

“这不仅限于冬天，”科尔曼说。“有这些长期影响。”

从冰箱里拿出来的样品中，有一些是在使徒群岛国家湖岸附近采集的，那里出人意料的藻类大量繁殖使清澈的海水变成了绿色。随着科学家试图弄清楚为什么在很大程度上逃脱了人类疫病的湖泊中会发生潜在的有毒水华，水华预测器将是一个受欢迎的发展。

科尔曼说，在密歇根湖，入侵斑驴贻贝的扩散提供了一个为什么基线很重要的例子。“我们的理解是，贻贝刚刚彻底改变了微生物群落，但我们没有准斑驴贻贝时代的样本，所以很难说。”

Coleman 说，随着样品进入实验室，分析将涉及包括 DNA 提取和对用作不同物种条形码的基因进行测序等步骤。然后可以比较不同地点之间的序列，以及春季和夏季的样本，看看是否真的有感冒专家。

“哦，我的天哪，它被冻结了”

湖中的冰洞延伸了几英尺，海岸线延伸超过 1,600 英里，无法描绘出完整的画面。但芝加哥大学的博士后研究员迈克尔汉森说，冬季研究只是第一步，他在格林湾的冰面上。

“这是冰下一个活跃的、活生生的、会呼吸的生态系统，现在是我们开始这样对待它的时候了，”他说。

为了最清楚地了解格林湾湾岸公园发生的情况，气温在十几岁，远处有一些冰钓者，最初的计划是在现场过滤。

加州大学研究生玛丽亚·埃尔南德斯·利蒙 (María Hernández Limón) 习惯于在 EPA 的五大湖研究船 Lake Guardian 上进行采样，她说这次旅行需要更多的即时思考。

“这是技术，是协议，但也是我们人类不应该在寒冷的温度下外出，”Limón 说。“你想快速移动，但你的手指没有反应。”

研究人员在附近的野餐桌上安装了过滤装置。但是水在通过管道时结冰了。这群人从桌子上移到一辆面包车的后面，希望一些热量会有所帮助。

他们最终手动过滤水，通过注射器将其泵入，就像您在医生办公室看到的那样——这对于藻类热点绿湾的水来说并不是最简单的任务。

“那里有很多生物，它们非常活跃，”汉森说，这会使过滤变得更加困难。

在长达数小时的户外活动结束时，该小组收集了数据，即使过程的展开与想象的不同。

“哦，我的天哪，它被冻结了，”汉森说。“今天的主题。”

尽管很冷，Limón 还是花了一些时间惊叹于冰冻的广袤。但她也有一种下沉的感觉，她说，“想到我有生之年可能会有一个没有冰的时刻。”

“湖上发生的事情击中了家”

被称为 Winter Grab 的采样工作可以追溯到 2019 年冬季湖沼学(对湖泊的研究)的峰会，该峰会导致去年发表了一篇关于冬季条件变化的已知信息以及哪些有助于增加现有知识的文章。

由于人类活动(主要是化石燃料的燃烧)预计将导致重大气候变化，预计冬季变暖将导致冰盖减少。最大的冰覆盖率已经以每十年 5% 的速度下降，而且覆盖的天数也越来越少。

“当我们考虑气候变化的影响时，看到湖泊上发生的事情就很重要，”利蒙说。“我们看到冰层覆盖减少了。我们看到冬天更温和了。”

冬天发生的事情会影响几个月后发生的事情，而冰层覆盖起着重要作用。但是，该研究指出，由于缺乏冬季研究，很难说出或理解这些后果。

“毕竟，如果我们不了解生态系统在一年中的大部分时间里是如何运作的，我们如何预测和管理生态系统的未来呢?” 研究说。

Henson 说他喜欢告诉人们微生物是第一反应者。

“通过了解它们如何变化以及受到冰层覆盖减少的影响，它们将最好地帮助我们预测未来的水会是什么样子，”他说。“这项工作对于我们开始了解当冰层覆盖停止和海水变暖时会发生什么至关重要。”

对于居住在五大湖周围的人来说，越来越多的研究可能意味着为数百万人提供饮用水的系统带来的惊喜减少，以及摆脱炎热的夏日。

“你不想在湖岸边走来走去，向左或向右看，到处都看到一大片绿藻，”亨森说。“而且你不会游泳。你不能积极参与。你不能喝那种水。”

Winter Grab 的组织者、明尼苏达大学德卢斯分校的副教授 Ted Ozersky 表示，除了暴风雪等导致延误的打嗝之外，总体采样过程出奇地顺利。

明尼苏达大学德卢斯分校将保留一些样本进行分析，并将其他样本送到五大湖周围，包括科尔曼在加州大学的实验室。

Ozersky 表示，该项目的一个令人振奋的成果是不同专业的研究人员之间的合作，他们齐心协力回答了一个尚未解决的问题：“五大湖 的冬季未来会是什么样子。”

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