揭开铁气溶胶尺寸的秘密，人为铁气溶胶尺寸如何影响海洋营养动态

铁是一种关键营养素，它与氮和磷等其他元素相互作用，影响海洋生态系统的整体营养循环和可用性。铁对海洋生物至关重要，尤其是在南大洋等营养有限的地区，那里浮游植物的生长受到铁供应的限制。

铁气溶胶是指含有铁的微小颗粒（直径通常小于 10 微米），它们可以通过自然来源（例如沙尘暴、火山爆发）和人为来源（例如工业过程、燃烧）排放到大气中。这些气溶胶在海洋营养循环中发挥着重要作用，因为铁是海洋浮游植物的关键限制营养物质。

气溶胶中的铁可以有不同的形式，其中一些是可溶的（生物可利用的），可以被海洋生物利用，可溶性铁输入海洋对于浮游植物的生长至关重要，浮游植物是海洋食物网的基础，并在碳封​​存中发挥作用。与不可溶形式相比，可溶性铁对海洋生物的生物利用度更高，这使其更有效地刺激海洋生产力。

在世界许多海洋地区，特别是在高营养、低叶绿素( HNLC)区域，如南大洋、北太平洋和赤道太平洋部分地区，铁是一种限制性营养物质，这意味着，即使氮和磷等其他营养物质丰富，铁的供应也会限制浮游植物的生长。在缺铁地区增加可溶性铁的供应可以促进浮游植物的生长，从而促进碳封存。

铁气溶胶在沉积到地表之前在大气中停留的时间和传输距离往往跟铁气溶胶粒径有关，较小的颗粒在大气中的寿命较长，因为它们不太可能因重力而沉降，而且更容易长距离运输。这对于了解铁气溶胶在沉积到海洋之前可以传播多远至关重要。

2017年的一项研究，考察了人为气溶胶铁在水中的溶解情况，指出污染源中的铁比天然铁溶解得更快，从而增加了铁对海洋生态系统的生物利用度。他们的研究结果表明，溶解过程可以显著增强可溶性铁向海洋的沉积，进一步支持了人为铁气溶胶来源在全球铁循环中发挥重要作用的观点。

在2019年的，一项研究中，研究人员考察了北冰洋气溶胶铁特性的变化。研究人员发现，气溶胶铁的粒径和成分会影响其溶解度和支持海洋生产力的潜力。研究结果强调了气溶胶特性在不同区域的变化，以及需要更详细的数据来了解铁沉积对海洋生态系统的全面影响。

近日，北京大学环境科学与工程学院和名古屋大学联合主导的一项新的研究，调查了人为铁气溶胶（源自工业过程和化石燃料燃烧等人类活动）如何影响海洋生产力，他们专注于这些气溶胶的尺寸分布——这是决定铁颗粒在大气中停留时间以及它们在海洋中沉积效果的关键因素。

研究发现，较小的气溶胶颗粒（<1 微米）在大气中的寿命更长，因此它们可以传播得更远，到达偏远的海洋区域，这导致可溶性铁每年向海洋盆地的沉积量增加高达50 %，此外，研究发现，可溶性铁沉积物每月增强，在南大洋达到110 % ，在北太平洋达到80 %​。

这项研究提供了有关铁颗粒大小如何影响其溶解度和随后沉积的重要见解，强调了需要准确的尺寸分布模型来改进气候和海洋生物地球化学模型。

思考：

铁气溶胶在大气中的化学转化过程如何影响其溶解性和生物利用性？不同类型的铁气溶胶（如来自燃烧和冶金的铁气溶胶）在化学转化过程中的差异是什么？

如何精确测量和表征不同来源的铁气溶胶的大小分布？不同地域和季节的铁气溶胶大小分布和成分有何差异？

海洋生态系统对铁沉积变化的具体响应机制是什么？不同海域（如南大洋、北太平洋）的浮游植物如何响应铁的增加？

参考文献：Liu, M., Matsui, H., Hamilton, D. S., Rathod, S. D., Lamb, K. D., and Mahowald, N. M.: Representation of iron aerosol size distributions of anthropogenic emissions is critical in evaluating atmospheric soluble iron input to the ocean, Atmos. Chem. Phys., 24, 13115–13127, doi.org/10.5194/acp-24-13115-2024, 2024.

申明：内容来源于海洋资源ocean-resource创作，未经允许，不得转载，海洋资源ocean-resource保留追究法律责任的权利。