铁是生命必需的微量元素,在呼吸、光合作用和DNA合成等过程中发挥着至关重要的作用。在现代海洋中,铁经常是一个限制因素,这意味着提高铁的供应量可以促进浮游植物的碳固定,从而对全球气候产生潜在影响。铁通过河流、冰川融化、热液活动,尤其是风,最终进入海洋和陆地生态系统。但并非所有化学形态的铁都具有"生物活性",即生物可从环境中吸收。
随着含尘铁飞离撒哈拉沙漠,大气反应使其越来越容易支持生命。
佛罗里达州立大学副教授杰里米-欧文斯博士是《海洋科学前沿》(FrontiersinMarineScience)杂志上一项新研究的共同作者之一,他说:"我们发现,来自撒哈拉沙漠的尘埃中结合的铁元素在大西洋上空向西吹拂时,其特性会随着吹拂距离的增加而发生变化:吹拂距离越远,铁元素的生物活性就越强。这种关系表明,大气中的化学过程将生物活性较低的铁转化为更易获取的形式"。
欧文斯及其同事测量了国际大洋发现计划(IODP)及其早期版本收集的大西洋海底钻芯中生物活性铁和总铁的含量。国际大洋发现计划旨在提高我们对不断变化的气候和海洋条件、地质过程以及生命起源的认识。研究人员根据其与所谓的撒哈拉-萨赫勒尘埃走廊的距离选择了四个岩心。撒哈拉-萨赫勒尘埃走廊从毛里塔尼亚一直延伸到乍得,是下风向地区尘埃铁的重要来源。
最靠近这条走廊的两个岩芯分别采集于毛里塔尼亚西北部以西约公里和公里处,第三个岩芯采集于大西洋中部,第四个岩芯采集于佛罗里达以东约公里处。作者研究了这些岩心上部60至米的沉积物,这些沉积物反映了过去12万年的沉积情况,也就是上一个间冰期以来的沉积情况。
他们测量了这些铁芯的总铁浓度,并用等离子体质谱仪测量了铁同位素的浓度。这些同位素数据与撒哈拉沙漠的尘埃一致。
然后,他们利用一系列化学反应揭示了沉积物中以碳酸铁、鹅铁矿、赤铁矿、磁铁矿和黄铁矿形式存在的总铁比例。这些矿物中的铁虽然没有生物活性,但很可能是通过海底的地球化学过程从生物活性更强的形式形成的。
欧文斯说:"我们没有像以前的研究那样