海洋的氣味 x 氣候變化

海洋中的微型藻類不僅會產生獨特的芬芳氣味,這些揮發性分子更會促進大氣內雲的形成,從而影響地球氣候。

海水本身沒有什麼氣味,但是海風的確充滿很多來自海中生物的「鮮氣」。海洋漂浮着微小的浮游植物,它們的細胞內有一種稱為「二甲基巰基丙酸」的硫化合物,英文簡稱 DMSP 。當它們被浮游生物捕食時,浮游植物細胞內的 DMSP 便會釋放到水中,成為細菌的食物,而在過程中 DMSP 被分解成更細小的揮發性硫化合物「二甲硫醚」分子(英文簡稱 DMS),也就是海洋氣味的主要物質。

有時在海邊嗅到的氣味不一定令人心曠神怡。

由於海洋生物體內的蛋白質被分解時也會產生 DMS ,所以通常是潮退時分被浪潮沖上岸的海藻和海洋生物的屍體會釋出 DMS ,或是當水中的微型藻類生長得太活躍,就很有機會嗅到強烈怪怪的氣味。其實不論是清香的紫菜,還是鹹腥的死魚,這些我們在海邊感受到的特殊氣味都與浮游生物有關。很低濃度的 DMS 一般會給人一種舒服的海洋氣味,但當 DMS 濃度稍高一點便會令人難受。

海洋的氣味對各種海洋動物都很重要,例如海龜以至鯨鯊,牠們靠探測 DMS 來追踪獵物,因為DMS的氣味代表著那裏富含小魚視作美食的浮游生物,而小魚又會被大魚吃,浮游植物就這樣支撐着海洋的食物網。除了尋找食物外,海鷗和一些海中動物亦要靠 DMS 的氣味來判斷歸巢的方向。

除了以上功能, DMS 還默默影響著海洋上空雲的形成,從而影響地球的氣候。硫在地球中含量豐富,對生命亦至關重要。而 DMS 是地球上生物產生得最多的一種有機硫化合物;由於它是一種揮發性氣體,所以會迅速進入大氣,科學家估算每年約有3億噸 DMS 從海洋中釋放出來。 DMS 在空氣中進行一連串化學反應,產生二氧化硫和其他硫酸鹽等化合物,並形成直徑小於 1 微米的氣霧。這些氣霧顆粒擔當「造雲粒子」的角色,在大氣中作為凝結核讓水蒸氣凝結並聚集成雲。

天上的雲不僅為大地帶來雨水,它對氣候的影響亦非常巨大。比如,像棉花糖般蓬鬆的白雲因著反照率效應能將陽光反射回太空,有助保持地球表面涼爽。同時,厚雲又會在夜間吸收從地球表面釋放出來的熱量,並反射回地球。換句話說, DMS 透過雲的形成,充當地球的恆溫器,防止地球表面過熱或過冷。浮游植物大量繁殖會產生更多的DMS,因而大氣中便有更多的雲。除此之外,浮游植物也可以藉着光合作用,把大氣中的二氧化碳去除,減少大氣中的溫室氣體,亦有助地球降溫。

圖:硫循環涉及細菌和浮游植物的生物途徑
註: SO42-:硫酸根離子 / DMSP:二甲基巰基丙酸 / DMSO:二甲基亞碸 / DMS:二甲硫醚 / SO2 :二氧化硫

除了海裏的浮游植物外,陸上的沼澤地和沿海沉積物中的細菌亦會產生 DMSP 。科學家估計,每 1 克的鹽沼沉積物中,有多達 1 億個能夠產生 DMSP 的細菌。科學界對於硫的「生物地質化學循環」尚未了解得很清楚,透過持續研究 DMS 如何影響雲的大小和密度,可讓我們了解更多氣候調節的過程。

Reference:
DMS: The Climate Gas You’ve Never Heard Of https://www.whoi.edu/oceanus/feature/dms-the-climate-gas-youve-never-heard-of/ 

作者Patreon:https://www.patreon.com/drkarenmak 

Dr Karen

麥嘉慧,人稱Karen博士,科普節目嘉賓/主持。香港科技大學生物學學士及化學博士,曾任教於新加坡國立大學,2008年回港先後在教育學院、浸大和港大工作,教授通識教育以至化學碩士課程。現為自由科普專欄作家,著有《Karen博士21個海洋大探索》,譯有《卡通生物科技》(英譯粵/中),最近正摺埋寫書和低調地開展科普項目。

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