新研究揭示矿物铁在海洋生态系统中的重要性

2023年8月2日，《自然》（Nature）发表题为《自生矿物相是上层海洋铁循环的驱动因素》（Authigenic mineral phases as a driver of the upper-ocean iron cycle）的文章，揭示了矿物铁在调节海洋中这种生物必需营养素的循环中的重要性，这些发现为铁和碳循环之间的关系以及不断变化的海洋氧气水平如何相互作用的新研究铺平了道路。

这项研究由利物浦大学牵头，美国、澳大利亚和法国的合作者参与，解决了海洋研究中的知识差距问题。研究人员指出，到目前为止还没有完全认识到矿物铁在驱动海洋中铁的分布和时间动态方面所起的作用。早期地球的海洋氧气含量低，铁含量高，这是许多生物反应的催化剂。其中包括光合作用，它通过增殖使地球系统充氧。由于铁在含氧良好的海水中不易溶解，铁氧化物的沉淀和下沉导致铁含量下降。因此，铁现在在调节海洋生产力以及当代海洋生态系统方面发挥着关键作用。人们认为，铁水平在很大程度上是由被称为配体的高于其可溶性阈值的有机分子调节的，这种有机分子可以结合铁。这一观点支持了用于探索气候变化如何影响未来生物生产力水平的全球模型中海洋铁循环的代表性。然而，海洋学家一直感到困惑的是，为什么海洋中的不溶性导致的铁损失似乎比测量到的高配体所预期的要大得多，根据预期模式建立的海洋模型在再现观测结果方面通常表现不佳。

研究表明，铁在很大程度上独立于上层海洋中的配体进行循环，而是由氧化铁胶体的聚集控制，形成从上层海洋流失的所谓“自生”颗粒。研究人员开发了一个新的数值模型来解释他们的结果，并将他们的发现外推到大洋彼岸。新模型在再现其他独立观测结果方面表现得明显更好，并强调这一新过程在大约40%的上层海水中很重要。一个关键的含义是，这一过程是通过铁氧化物和碳的共同聚集发生的，这对全球碳循环有影响，并可能对未来海洋氧气损失的趋势很敏感。

来源：沿海与近海环境期刊、中国科学院兰州文献情报中心