科研进展

格陵兰NEEM冰芯元素铁研究获重要进展

发表日期:2020-07-08来源:冰冻圈科学国家重点实验室

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  20世纪90年代初,约翰·马丁(John Martin)基于南极Vostok冰芯中铁元素与CO2浓度之间的显著负相关提出了著名的“铁假说”,即铁元素对“高营养盐、低叶绿素”海域浮游植物具有显著的施肥效应,促进其光合作用及对大气中CO2的吸收,从而调节全球大气中的CO2浓度。过去30年中,人们在海洋沉积物、冰芯、黄土等地质载体中,发现了大量不同时间尺度的“铁施肥”证据。但由于各地质体所处环境差异,越来越多的证据表明,“铁施肥”效应在某些海洋也存在其他机制。“铁假说”正面临着一些前所未有的挑战。 

  近日,冰冻圈科学国家重点实验室副研究员杜志恒(共同第一作者)、北京师范大学地表过程与资源生态国家重点实验室效存德教授(第一作者)等基于国际合作获取的格陵兰NEEM深冰芯,首次重建了该冰芯过去11万年生物活性元素铁序列,并填补了“Fe假说”北半球深冰芯数据空白。 

  研究发现,过去11万年中,格陵兰NEEM冰芯中铁元素序列与粉尘浓度同步变化;且高纬度格陵兰NEEM冰芯与黄土记录在冰期-间冰期尺度存在一致性,间接证实了中亚粉尘对北半球大尺度粉尘输送的贡献;两者记录的关联性主要是由北半球65°N太阳辐射所驱动的(图1);“铁施肥”效应在千年时间尺度具有显著的不确定性:在冰期(包括显著冷阶段)时期,生物活性元素铁的施肥效应更显著,而在全新世与间冰阶“铁施肥”效应相对较小(图2);工业革命以来人类活动排放了大量的污染物,但人类活动排放的污染物并未导致NEEM冰芯内铁的显著增加。 

  该成果对认识长时间尺度上北半球大尺度粉尘Fe传输与海洋碳泵效应相关研究具有重要借鉴意义。此外,对该领域的定量研究、以及估算人类活动污染物排放的Fe施肥效应也具有一定启发。并以Iron in the NEEM ice core relative to Asian loess records over the last glacial-interglacial cycle为题发表于《国家科学评论》(National Science ReviewNSR)期刊。  

  国际著名冰芯科学家Paul Mayewski教授(美国)、Jean-Robert Petit教授(法国)及中科院地球环境研究所曹军骥研究员,西北研究院任贾文研究员、李传金副研究员和李月芳副研究员等参与该项研究。 

  该研究获国家自然基金委杰出青年基金、国家重点研发计划、中科院战略性先导科技专项(A)、冰冻圈科学国家重点实验室课题、中科院青年创新促进会课题等资助。 

  论文链接 

                                               (责任编辑 陈治理)

1 过去11万年格陵兰NEEM冰芯Nss-Ca2+A)、粉尘质量浓度(B)与中国黄土粉尘记录(古浪(C)与西峰(D)) 

2 NEEM冰芯中生物活性元素铁与CO2浓度的对应关系。图中圆圈和星形分别表示冷、暖期数据,可见在冰期/冷阶段,铁元素与CO2浓度之间更显著的负相关

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