大气飘尘中的铁是远洋海水中浮游植物的重要营养源,对于远洋原始生产力具有重要的控制意义;同时,也会对气候变化产生明显的影响。因此,大气层向海域输送铁的“质”和“量”问题近年来受到一些科学家的重视。但限于研究区域广阔而变化复杂,以及样品采集的困难,许多问题仍然有待于深入探讨。已有研究结果证明,气溶胶中铁的生物利用率在很大程度上取决于可溶解铁所占总铁的比例。然而,影响溶解铁的很多因素目前尚未完全弄清楚。
近期,兰州油气资源研究中心外籍专家特聘研究员、日本广岛大学高桥嘉夫教授与其合作者,对这些问题给出了一些铁化学种方面的解释。通过对收集于日本筑波地区大气气溶胶样品中的铁化学种、化学组成和溶解铁的浓度(共9个样品,从2002年12月到2013年10月按季节收集)等进行系统测试和分析对比,以此鉴别可控制供给海洋溶解铁总量的影响因素。研究表明,气溶胶中溶解铁的浓度与人为源的硫酸盐和草酸盐有关,指示气溶胶中的溶解铁主要是人为来源。此外,气溶胶中溶解铁的浓度与化石燃料中排放出的金属元素钒和镍也具有一些关系。
他们应用X射线吸收超精细结构光谱研究了筑波市气溶胶中铁的化学种,并结合微量X射线荧光光谱就可以确定气溶胶中主要的铁化学种形态包括有伊利石、水铁矿、角闪石和硫酸铁等。通过淋滤实验得到的每个样品中溶解铁的比率与X射线吸收超精细结构光谱鉴定出的硫酸铁含量具有很好的正相关性,说明硫酸铁是海洋中溶解铁的主要来源。另外,大气颗粒物中三价铁的浓度也可能是供给海洋中溶解铁浓度的影响因素,春季大气中三价铁含量最高,主要是因为东亚地区春季空气中的矿物粉尘浓度很高。但是,这个因素的影响程度远比低价铁化学种的影响要小,更确切地说,是比存在的硫酸铁小。综上分析,影响北太平洋海域溶解铁浓度的主要因素是人为因素所产生的铁化学种,如东亚地区大城市释放出的硫酸铁等。
该项研究成果最近发表在大气和气象领域国际知名杂志《大气化学和物理》上(Takahashi, et al., 2013: Seasonal changes in Fe species and soluble Fe concentration in the atmosphere in the Northwest Pacific region based on the analysis of aerosols collected in Tsukuba, Japan. Atmospheric Chemistry and Physics 13, 7695–7710)。
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