东北亚北极太平洋地球化学，追踪气溶胶起源和金属浓度时空趋势

你能想象，我们生活周边的工厂尾气排放等，竟然能飘到遥远的太平洋，甚至影响海洋里的浮游植物，影响区域初级生存力？最近，科学家们通过一项研究，亚洲气溶胶流出到太平洋区域的金属来源和时空趋势，揭示大气沉积与海洋营养动态之间错综复杂的关系。

铁是海洋中重要的微量营养元素，能够限制全球约三分之一的海洋中的浮游植物生产力。然而，传统上认为，气溶胶中的铁主要来自干旱地区的矿物粉尘，但化石燃料燃烧等人为活动也可能为海洋环境提供铁元素。

那到底人为活动是是否通过气溶胶增加了海洋中的铁元素呢？2017年5月，研究团队进行了一次北太平洋的航次，沿着158°W经度线，从25°N到42°N的纬度断面进行了高分辨率的痕量金属浓度和同位素分析。

他们发现，在35°N维度线附近存在一个溶解铁的最大值，不仅如此，该区域的铅（Pb）浓度和铅同位素比值与亚洲工业排放源相匹配，气溶胶沉积可能影响重金属浓度。

为了进一步验证，研究团队采取了δ⁵⁶Fe进行区分，一般矿物粉尘具有较高δ⁵⁶Fe值，一般在+0.1‰到+0.7‰之间，而人为活动如化石燃料燃烧产生的气溶胶铁通常具有较低的δ⁵⁶Fe值。研究发现，在35°N到40°N之间，δ⁵⁶Fe同位素比值在35°N到40°N之间较低，比值范围从-0.23‰到-0.65‰，进一步验证了该区域受到了人为气溶胶铁的影响。

这项研究，也是首次提供了北太平洋海水中人为气溶胶铁的直接证据，揭示了其对海洋生产力和碳循环的潜在影响。

图：2017年5月北纬 21° 至 42°  Fe等浓度

北太平洋西经 158°、北纬 21° 至 42° 处铁 (Fe)、铅 (Pb) 和锰 (Mn) 的高分辨率分布。( A ) 红线表示巡航轨迹。样本是在北行航程中采集的。( B ) Fe 表面浓度。( C ) Pb 表面浓度。( D ) Mn 表面浓度。

近日，一项新的研究探讨了自然和人为气溶胶对金属生物地球化学循环的影响，重点是这些气溶胶来源及其时空分布趋势。

这一次的研究通过2019年8月至2022年3月共计六个航次的气溶胶采样，并分析了同位素组成和金属含量，通过同位素比值来识别气溶胶的来源，并结合气溶胶中金属的丰度和富集因子，确定其是否为自然源或人为源。方法基本跟上一个研究相似。

在气溶胶的季节性输入方面，调查发现，亚洲气溶胶的传输有明显的季节性。在冬季和春季，强烈的西风会将更多的气溶胶带到太平洋。特别是在冬季，气溶胶中的铅同位素比例显示出更高的亚洲来源贡献，高达77%，而夏季则贡献较低，约35%。这意味着，冬季和春季是亚洲气溶胶影响太平洋最显著的时期。

在空间分布上，气溶胶中的金属浓度并没有显著的梯度变化，但在时间上表现出明显的季节性差异。比如，冬季气溶胶中的铁、铜、铅等金属浓度显著高于夏季。例如，2022年3月冬季采集的气溶胶中，铁和铜的浓度分别比2021年8月夏季高出数倍。

那么，这些气溶胶对海洋生态系统到底有什么影响呢？气溶胶中的金属通过降雨或直接沉降进入海洋表层水体，成为浮游植物的重要营养来源。特别是铁元素，对浮游植物的生长至关重要。

这项研究量化了气溶胶对海洋表层水体金属输入的贡献度，大气沉积通量研究结果显示，铜的气溶胶沉积通量在冬季和夏季分别占总通量的95%和99%，这意味着铜几乎完全依赖于气溶胶的输入。而铁的气溶胶沉积通量则占13-27%，虽然比例较低，但人为气溶胶排放也是海洋铁的重要来源。

❓思考题：在东北亚太平洋的研究中，哪种金属的气溶胶沉积通量对表层水体的贡献最大？

A.铁
B.铜
C.锌
D.镍

这项研究不仅揭示了亚洲气溶胶对太平洋生态系统的深远影响，还提醒我们，人为活动可能会通过气溶胶的远距离传输，对全球海洋环境产生连锁反应。

参考文献：Racquelle S. Mangahas，Allan K. Bertram b，Dominique Weis，Jay T. Cullen d，Maria T. Maldonado，Spatiotemporal trends of aerosol provenance and trace metal concentrations in the northeast subarctic Pacific Ocean. https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2025.178885