亞洲粉塵“鐵肥料效應(yīng)”強(qiáng)化北太平洋生物固碳

中國科學(xué)院青藏高原研究所新生代環(huán)境團(tuán)隊(duì)研究員昝金波和方小敏與合作者歷經(jīng)十余年，重建了360萬年以來亞洲內(nèi)陸粉塵中鐵的化學(xué)形態(tài)和含量變化歷史，提出亞洲粉塵的二價(jià)鐵含量對(duì)太平洋地區(qū)的浮游植物生長(zhǎng)更為關(guān)鍵，青藏高原冰川侵蝕過程可能是亞洲粉塵鐵化學(xué)形態(tài)變化的關(guān)鍵因素。該研究為深入理解“亞洲粉塵鐵輸入增加、海洋生物固碳作用增強(qiáng)、大氣二氧化碳降低、全球氣候變冷”這一碳循環(huán)正反饋機(jī)制提供了直接證據(jù)。相關(guān)研究成果6月6日發(fā)表于美國《國家科學(xué)院院刊》。

 

論文第一作者和共同通訊作者昝金波介紹，地球生態(tài)系統(tǒng)海洋的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)通過河流和粉塵補(bǔ)充，大陸粉塵攜帶的鐵元素在風(fēng)力搬運(yùn)作用下進(jìn)入海洋，使浮游生物增加，并消耗大量二氧化碳，緩解溫室效應(yīng)的危害，這被稱為粉塵的“鐵肥料效應(yīng)”。已有觀測(cè)表明，亞洲內(nèi)陸大氣粉塵中鐵元素等營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)通過高空西風(fēng)環(huán)流輸送到西北太平洋地區(qū)，促進(jìn)了浮游植物的繁盛。地質(zhì)歷史時(shí)期，亞洲內(nèi)陸粉塵是否同樣可以通過“鐵肥料效應(yīng)”強(qiáng)化北太平洋生物固碳作用，并對(duì)全球氣候環(huán)境產(chǎn)生重大影響？

 

為此，2007年起，研究團(tuán)隊(duì)開始尋找亞洲內(nèi)陸粉塵長(zhǎng)時(shí)間尺度記錄。團(tuán)隊(duì)在我國塔里木盆地南緣、西昆侖山北坡，發(fā)現(xiàn)了迄今亞洲內(nèi)陸厚度最大、沉積速率最高的黃土古粉塵堆積，沉積厚度達(dá)671米，起始年齡約為360萬年。衛(wèi)星觀測(cè)以及地球化學(xué)追蹤物質(zhì)來源均證實(shí)，塔里木粉塵是北太平洋海洋沉積物鐵等營(yíng)養(yǎng)元素的主要來源。

 

該研究重建了亞洲內(nèi)陸粉塵360萬年以來鐵化學(xué)形態(tài)組成和含量變化歷史。通過分析黃土古粉塵序列樣品以及小于5微米黃土顆粒組分的鐵氧化物種類和含量，研究團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)，從距今約80萬年前的中更新世開始，隨著全球變冷以及北半球中高緯地區(qū)山地冰川的急劇增加，青藏高原的冰川侵蝕作用顯著增強(qiáng)，導(dǎo)致塔里木粉塵鐵氧化物突然從赤鐵礦轉(zhuǎn)變?yōu)榇盆F礦，同時(shí)，鐵元素總含量和高生物活性的二價(jià)鐵含量急劇增加。

 

研究團(tuán)隊(duì)計(jì)算表明，中更新世氣候轉(zhuǎn)型期之后，亞洲內(nèi)陸干旱區(qū)輸送至北太平洋的鐵元素總含量以及二價(jià)鐵通量分別增加了約70%和約120%，極大促進(jìn)了北太平洋生物物質(zhì)的繁盛，并可能改變了浮游植物種群結(jié)構(gòu)，大量消耗大氣中的二氧化碳，造成全球氣候進(jìn)一步變冷。