亚洲粉尘“铁肥料效应”强化北太平洋生物固碳

中国科学院青藏高原研究所新生代环境团队研究员昝金波和方小敏与合作者历经十余年，重建了360万年以来亚洲内陆粉尘中铁的化学形态和含量变化历史，提出亚洲粉尘的二价铁含量对太平洋地区的浮游植物生长更为关键，青藏高原冰川侵蚀过程可能是亚洲粉尘铁化学形态变化的关键因素。该研究为深入理解“亚洲粉尘铁输入增加、海洋生物固碳作用增强、大气二氧化碳降低、全球气候变冷”这一碳循环正反馈机制提供了直接证据。相关研究成果6月6日发表于美国《国家科学院院刊》。

 

论文第一作者和共同通讯作者昝金波介绍，地球生态系统海洋的营养物质通过河流和粉尘补充，大陆粉尘携带的铁元素在风力搬运作用下进入海洋，使浮游生物增加，并消耗大量二氧化碳，缓解温室效应的危害，这被称为粉尘的“铁肥料效应”。已有观测表明，亚洲内陆大气粉尘中铁元素等营养物质通过高空西风环流输送到西北太平洋地区，促进了浮游植物的繁盛。地质历史时期，亚洲内陆粉尘是否同样可以通过“铁肥料效应”强化北太平洋生物固碳作用，并对全球气候环境产生重大影响？

 

为此，2007年起，研究团队开始寻找亚洲内陆粉尘长时间尺度记录。团队在我国塔里木盆地南缘、西昆仑山北坡，发现了迄今亚洲内陆厚度最大、沉积速率最高的黄土古粉尘堆积，沉积厚度达671米，起始年龄约为360万年。卫星观测以及地球化学追踪物质来源均证实，塔里木粉尘是北太平洋海洋沉积物铁等营养元素的主要来源。

 

该研究重建了亚洲内陆粉尘360万年以来铁化学形态组成和含量变化历史。通过分析黄土古粉尘序列样品以及小于5微米黄土颗粒组分的铁氧化物种类和含量，研究团队发现，从距今约80万年前的中更新世开始，随着全球变冷以及北半球中高纬地区山地冰川的急剧增加，青藏高原的冰川侵蚀作用显著增强，导致塔里木粉尘铁氧化物突然从赤铁矿转变为磁铁矿，同时，铁元素总含量和高生物活性的二价铁含量急剧增加。

 

研究团队计算表明，中更新世气候转型期之后，亚洲内陆干旱区输送至北太平洋的铁元素总含量以及二价铁通量分别增加了约70%和约120%，极大促进了北太平洋生物物质的繁盛，并可能改变了浮游植物种群结构，大量消耗大气中的二氧化碳，造成全球气候进一步变冷。