2019-2020年夏天，災難性野火燒毀了澳大利亞南部和東部的桉樹森林，其規模和強度是前所未有的。從2019年10月開始，一直燒到2020年1月–燒毀了數百萬公頃的土地，估計有30億隻動物死亡或流離失所。大火排放了大量的二氧化碳並將煙羽提升到創紀錄的高度。
根據結合衛星數據和地表測量的新研究，那個煙霧瀰漫的夏天還影響到了數千公裡外的海洋生態系統。從2019年12月到2020年3月，大火排放的氣溶膠的沉積引發了南太平洋和南大洋通常受鐵限制的水域中的浮游植物的繁殖。這些水花的表面積加起來超過了澳大利亞的面積。
上圖是日本衛星向日葵-8於2020年1月6日獲得的圖像，其顯示了從澳大利亞東南海岸的大火中流走的煙和灰。隨着全球氣候變暖，這種火災的頻率和強度預計會增加並釋放出更多的二氧化碳，進而進一步加劇氣候變化。
該研究的論文主要作者、普林斯頓大學的海洋生物地球化學家Weiyi Tang和杜克大學的生物地球化學家Nicolas Cassar指出，了解這種火災的影響非常重要，不僅對當地的生態系統而且對遠方的生態系統也有影響。Cassar說道：“火災和水花在衛星記錄中都是前所未有的，這一事實最初讓我們感覺到它們可能有聯繫。”
為了量化火災排放的氣溶膠，研究小組檢查了哥白尼大氣監測服務(CAMS)的氣溶膠光學深度(AOD)數據，該數據部分基於NASA的Terra和Aqua衛星上的中分辨率成像光譜儀(MODIS)的測量。在可見光譜中，AOD提供了對一列空氣中的沙漠灰塵、海鹽、硫酸鹽、有機物和黑碳數量的測量。為此，研究人員專門研究了黑碳AOD，以此作為野火氣溶膠的代表。Tang、Cassar及其同事發現，黑碳排放主要來自澳大利亞南部和東部的野火併在幾天內吹到了廣闊的南太平洋。
該小組還檢查了ESA的海洋色彩氣候變化倡議所記錄的葉綠素濃度。OCCI合併了來自環境衛星上的中分辨率成像光譜儀(MERIS)、Terra MODIS、可見光紅外成像輻射儀套件(VIIRS)和海洋觀測寬視場傳感器(SeaWiFS)的數據。
上面地圖顯示了2019年11月至2020年2月的每月氣溶膠水平（左）和葉綠素異常（右）情況。研究人員確定了澳大利亞南部和東部的兩個地區，那裡的葉綠素濃度是正常季節水平的兩倍–在22年的衛星記錄中從未觀察到的數值。這些葉綠素異常發生在黑碳氣溶膠的峰值之後的幾天到幾周內。在這兩個地區，黑碳氣溶膠值也比正常值高300%，這是17年氣溶膠記錄中前所未有的水平。
當野火羽流離開澳大利亞大陸時，它們經過了塔斯馬尼亞州惠靈頓山頂的一個空氣採樣站。對在那裡收集的氣溶膠樣本的分析顯示，存在鐵和一種叫做左旋葡糖的糖分子–這種分子在纖維素燃燒時形成，這直接證明了氣溶膠來自野火。在下風處，海洋中的Argo漂浮物也檢測到了水華區域的葉綠素水平升高，這證實了衛星葉綠素信號是真實的。
煙霧氣溶膠和水花之間的聯繫也得到了一個模型的證實，該模型計算了離開火場的空氣包裹的軌跡。Cassar說道：“氣溶膠光學深度和模型化的空氣團軌跡證實了藻類水華是在野火的氣溶膠的路徑上。”
研究小組甚至還考慮了海洋的自然變化–如印度洋偶數、南方環狀模式或厄爾尼諾-南方濤動–是否可以解釋助長藻類繁殖的營養物質的流入。“沒有什麼可以解釋我們的觀察結果。事實證明，跟我們觀察到的情況相比，自然變異性相對較小，”Tang說道。
在一篇相關的論文中，另一個研究小組報告稱，2019-2020年的火災排放的二氧化碳是之前估計的兩倍多，這個量級超過了澳大利亞每年從火災和化石燃料中排放的二氧化碳。浮游植物群最初吸收了大量的二氧化碳，但它的最終命運還不清楚。Cassar表示：“對我們來說，最重要的是弄清楚這種水華在多大程度上抵消了與澳大利亞野火有關的碳排放。”
闡明野火、大氣中的二氧化碳和海洋生態系統之間的聯繫可以幫助改善全球碳循環模型。我們專註於澳大利亞的野火，因為它們的規模確實很獨特，但我認為也值得關注其他的野火，包括加利福尼亞和世界其他地區的野火。並且如果它是重要的，在全球範圍內，那麼它需要在地球系統模型中得到更好的體現，”Cassar最後指出。