亞洲粉塵“鐵肥料效應”強化北太平洋生物固碳

中國科學院青藏高原研究所新生代環境團隊研究員昝金波和方小敏與合作者歷經十余年，重建了360萬年以來亞洲內陸粉塵中鐵的化學形態和含量變化歷史，提出亞洲粉塵的二價鐵含量對太平洋地區的浮游植物生長更為關鍵，青藏高原冰川侵蝕過程可能是亞洲粉塵鐵化學形態變化的關鍵因素。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、大氣二氧化碳降低、全球氣候變冷”這一碳循環正反饋機制提供了直接證據。相關研究成果6月6日發表于美國《國家科學院院刊》。

 

論文第一作者和共同通訊作者昝金波介紹，地球生態系統海洋的營養物質通過河流和粉塵補充，大陸粉塵攜帶的鐵元素在風力搬運作用下進入海洋，使浮游生物增加，并消耗大量二氧化碳，緩解溫室效應的危害，這被稱為粉塵的“鐵肥料效應”。已有觀測表明，亞洲內陸大氣粉塵中鐵元素等營養物質通過高空西風環流輸送到西北太平洋地區，促進了浮游植物的繁盛。地質歷史時期，亞洲內陸粉塵是否同樣可以通過“鐵肥料效應”強化北太平洋生物固碳作用，并對全球氣候環境產生重大影響？

 

為此，2007年起，研究團隊開始尋找亞洲內陸粉塵長時間尺度記錄。團隊在我國塔里木盆地南緣、西昆侖山北坡，發現了迄今亞洲內陸厚度最大、沉積速率最高的黃土古粉塵堆積，沉積厚度達671米，起始年齡約為360萬年。衛星觀測以及地球化學追蹤物質來源均證實，塔里木粉塵是北太平洋海洋沉積物鐵等營養元素的主要來源。

 

該研究重建了亞洲內陸粉塵360萬年以來鐵化學形態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，研究團隊發現，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山地冰川的急劇增加，青藏高原的冰川侵蝕作用顯著增強，導致塔里木粉塵鐵氧化物突然從赤鐵礦轉變為磁鐵礦，同時，鐵元素總含量和高生物活性的二價鐵含量急劇增加。

 

研究團隊計算表明，中更新世氣候轉型期之后，亞洲內陸干旱區輸送至北太平洋的鐵元素總含量以及二價鐵通量分別增加了約70%和約120%，極大促進了北太平洋生物物質的繁盛，并可能改變了浮游植物種群結構，大量消耗大氣中的二氧化碳，造成全球氣候進一步變冷。