360万年来亚洲粉尘铁元素有何变化与影响？中外合作研究揭秘

青藏高原西昆仑山黄土台地壮观场景。　中科院青藏高原所 供图 　　北京6月8日电 (记者 孙自法)360万年来，亚洲内陆粉尘中铁的形态和含量如何变化？给区域和全球环境带来什么影响？

塔里木沙尘传输至北太平洋的路径(阴影区)及西昆仑山黄土岩芯位置(五角星)。　中科院青藏高原所 供图青藏高原北部冰川侵蚀增强驱动亚洲沙尘铁(Fe)化学组成和太平洋生态系统转型。　中科院青藏高原所 供图　　中国科学院青藏高原研究所(中科院青藏高原所)团队领导中外同行最新完成的一项多年合作研究发现，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，也即亚洲粉尘“铁肥料效应”强化北太平洋生物固碳。同时，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。

中科院青藏高原所8日向媒体发布消息说，历经十余年持续努力，该所新生代环境团队昝金波和方小敏研究员联合英国兰卡斯特大学Barbara A. Maher教授、东京大学Toshitsugu Yamazaki教授、临沂大学韩文霞教授等，重建出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，相关研究成果论文近日在国际学术期刊《美国科学院院刊》(PNAS)发表，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。

论文第一作者和共同通讯作者昝金波研究员介绍说，地球生态系统中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，引起浮游生物增加，并消耗大量的二氧化碳，缓解温室效应的危害，这一过程被称之为粉尘的“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传输到西北太平洋地区，促进了浮游植物的繁盛。

不过，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？这些问题长期以来颇受学界关注。

为此，中科院青藏高原所新生代环境团队自2006年开始寻找、研究亚洲内陆粉尘长时间尺度记录，他们在塔里木盆地南缘、西昆仑山北坡，发现迄今亚洲内陆厚度最大、沉积速率最高的黄土古粉尘堆积，其沉积厚度达671米，起始年龄约为360万年前。合作研究团队通过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。

在此基础上，该研究团队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，并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。

研究团队进一步计算表明，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，分别增加约70%和约120%，极大促进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，大量消耗大气中二氧化碳，造成该历史地质时期全球气候进一步变冷。(完)