随着北极、北冰洋和周围的北极土地迅速变暖，科学家们正在竞相了解变暖对北极生态系统的影响。随着海冰的缩小，更多的光到达北冰洋表面。一些人预测这将导致更多的浮游生物，这反过来又会支持鱼类和其他动物。
普林斯顿大学和马克斯普朗克化学研究所领导的一组科学家说，并没有那么快。
他们指出氮是一种重要的营养物质。研究人员使用化石浮游生物来研究氮向西部和中部开阔的北冰洋的来源和供应率的历史。他们的工作在最新一期《自然地球科学》杂志上的一篇论文中进行了详细说明，表明在全球变暖的情况下，这些开放的北极水域将经历更严重的氮限制，可能会阻止生产力的提高。
“从太空看北冰洋，根本很难看到水，因为北冰洋的大部分地区都被一层海冰覆盖，”主要作者、普林斯顿地球科学系博士后研究员杰西·法默 (Jesse Farmer) 说。该大学也是德国美因茨马克斯普朗克化学研究所的访问博士后研究员。这种海冰在冬天自然膨胀，在夏天自然收缩。然而，近几十年来，全球变暖导致夏季海冰覆盖率迅速下降，目前夏季海冰覆盖率约为 1979 年的一半。
随着海冰融化，形成北极食物网基础的光合作用浮游生物应该受益于更大的光照。“但有一个问题，”康涅狄格大学海洋科学副教授、撰稿人朱莉格兰杰说。“这些浮游生物也需要营养物质才能生长，而营养物质只有在北冰洋更深处丰富，浮游生物无法触及。”浮游生物能否获得这些营养取决于上层海洋“分层”或分层的严格程度。海洋上部 200 米(660 英尺)由不同密度的不同水层组成，由温度和咸度决定。
法默说：“当上层海洋强烈分层时，在浓密的深水中漂浮着非常轻的水，向阳光照射的表面提供养分的速度很慢。”
由普林斯顿大学科学家领导的新研究表明，自上一个冰河时代以来，北极的氮供应发生了怎样的变化，这揭示了北冰洋分层的历史。研究人员使用来自北冰洋西部和中部的沉积物岩心，测量了有孔虫石灰岩化石中有机氮的同位素组成(浮游生物在地表水中生长，然后死亡并沉入海底)。他们的测量结果揭示了大西洋和太平洋来源的氮的比例如何随时间变化，同时还跟踪了表面浮游生物氮限制程度的变化。2021 届的 Ona Underwood 是研究团队的重要成员，她的初级项目分析了北冰洋西部的沉积岩心。
海洋相遇的地方：太平洋水域漂浮在更咸、更稠密的大西洋水域之上
北冰洋是两大洋的交汇处：太平洋和大西洋。在北极西部，太平洋水域向北流过将阿拉斯加与西伯利亚隔开的浅白令海峡。到达北冰洋后，相对较新鲜的太平洋水流过来自大西洋的咸水。因此，北极西部的上层水体以来自太平洋的氮为主，并且分层强烈。
然而，情况并非总是如此。“在上一个冰河时代，当冰盖的增长降低了全球海平面时，白令海峡并不存在，”普林斯顿杜森伯里地质和地球物理科学教授、法默的研究导师之一丹尼尔·西格曼说。当时，白令海峡被白令陆桥取代，白令陆桥是亚洲和北美之间的陆地连接，允许人类迁徙到美洲。如果没有白令海峡，北极就只有大西洋水，氮数据证实了这一点。
当冰河时代在 11,500 年前结束时，随着冰盖融化和海平面上升，数据显示在开放的北极西部盆地突然出现太平洋氮，这是白令海峡开放的戏剧性证据。
“我们原以为会在数据中看到这个信号，但并没有那么清楚!”西格曼说。
这只是第一个惊喜。分析数据，法默还意识到，在白令海峡开放之前，北极并没有像今天这样强烈分层。只有打开白令海峡，北极西部才变得强烈分层，这反映在地表水中浮游生物氮限制的开始。
远离白令海峡向东，太平洋源水被稀释，使现代北极中东部以大西洋水为主，分层较弱。在这里，研究人员发现氮限制和密度分层因气候而异。与北极西部一样，在气候较冷的上一个冰河时代，分层很弱。冰河时代之后，北极中部分层加强，在大约 10,000 到 6,000 年前达到峰值，这是一段自然温暖的北极夏季气温，称为“全新世热最大值”。从那时起，北极中部的分层已经减弱，允许足够深的氮到达地表水，超过浮游生物的需求。
全球变暖正在迅速使北极恢复到全新世热最大值的气候。随着这种变暖的继续，一些科学家预测，减少的冰盖将通过增加到达海洋的阳光量来提高北极浮游生物的生产力。Farmer 及其同事获得的新历史信息表明，北极西部和中部的开阔流域水域不太可能发生这种变化。由于太平洋水通过白令海峡持续流入，北极西部将保持强烈分层，而变暖将加强北极中部的分层。研究人员得出结论，在这两个开阔海域，缓慢的氮供应可能会限制浮游生物的生产力。
“开放的北极盆地生产力的提高可能会被视为一种好处，例如增加渔业，”法默说。“但鉴于我们的数据，开放北极生产力似乎不太可能上升。未来北极生产力提高的最大希望可能是北极的沿海水域。”
