首页 理论教育长江入海沉积物中Fe循环:环境示踪意义及研究成果

长江入海沉积物中Fe循环:环境示踪意义及研究成果

【摘要】:随着铁盐实验的开展,Fe如何有效地被生物吸收和利用,即Fe的生物利用有效性越来越受科学界关注。最新的研究表明,燃烧也是可溶性Fe的一个重要来源之一。Journet等认为,粉尘中大部分生物可利用的Fe并不是Fe的氧化物,而是黏土矿物中的Fe,这部分Fe占所有生物可利用Fe的90%。另外,人类活动也可以直接或间接地影响大气中可溶性Fe的含量。Luo等的结果显示,燃烧供应的可溶性Fe约占大气总可溶性Fe的50%。

随着铁盐实验的开展,Fe如何有效地被生物吸收和利用,即Fe的生物利用有效性(Bioavailable Iron)越来越受科学界关注。一般认为,海水中的Fe(Ⅱ)更容易被生物吸收利用(Zhu 等,1997;Jickells和Spokes,2001;Mahowald 等,2005)。但也有研究发现,很多情况下,Fe(Ⅲ)也可以被生物利用(Barbeau等,2001),Fe(Ⅱ)却不容易被吸收(Visser和Gerringa,2003)。新的研究发现,几乎所有的Fe都是可以被生物利用的,这取决于研究的时间尺度和不同的生物种群(Weber等,2005)。之所以会产生如此大的分歧,主要还是由于缺乏对海洋中Fe的配合基及络合作用的了解(Parekh等,2004;Bergquist等,2007)。

另外,可溶态Fe的来源也一直困扰着众多科学家。有研究显示,大部分可溶态Fe都来自大气(Jickells,1995;Jickells和Spokes,2001;Jickells等,2005;Mahowald等,2005),因为土壤中可溶性Fe含量很低(Fung等,2000),而大气中的可溶性Fe含量波动范围很大(0.01%~80%)(Johansen等,2000;Baker等,2006;Baker和Jickells,2006)。大气中的可溶性Fe含量之所以较高,主要是因为气溶胶中存在各种酸(硫酸,有机酸)(Mahowald等,2005)。Meskhidze等(2003)和Meskhidze等(2005)的研究发现,强酸的作用可以将大气粉尘中赤铁矿的Fe转化为更加易溶的Fe。大气过程的数值模型也显示,很多机制都有可能实现这种转化,这与实验观测结果一致(Hand等,2004;Luo等,2005;Fan等,2006)。

最新的研究表明,燃烧也是可溶性Fe的一个重要来源之一。燃烧生成的可被生物利用的可溶性Fe估计为2%~19%(Chuang等,2005;Guieu等,2005;Sedwick等,2007;Luo等,2008)。与之相对地,沙漠地区的气溶胶含可溶性Fe只有0.4%(Chuang 等,2005;Sedwick 等,2007)。因此,通过模型得到的结果显示,燃烧来源的Fe比沙漠气溶胶来源的Fe与现有观测结果更加吻合(Luo等,2008)。因为燃烧生成的细小颗粒有更长的滞留时间,可以解释为何下风向地区存在更高的可溶性Fe(Luo等,2008)。Journet等(2008)认为,粉尘中大部分生物可利用的Fe并不是Fe的氧化物(例如含量高达50%~80%的赤铁矿),而是黏土矿物中的Fe,这部分Fe占所有生物可利用Fe的90%。现有的大气模型主要关注的是大气中的赤铁矿中的Fe(Meskhidze等,2003;Meskhidze等,2005;Fan等,2006;Meskhidze等,2007;Luo等,2008),对于这些模型的结果,需要重新思考和谨慎地对待。另外,人类活动也可以直接或间接地影响大气中可溶性Fe的含量。Luo等(2008)的结果显示,燃烧供应的可溶性Fe约占大气总可溶性Fe的50%。此外,过去100年里大量排放的SO2气体导致大气酸化,从而引起大气中可溶性Fe的增加(Smith等,2004;Smith等,2005)。