海洋铁循环反馈如何影响二氧化碳水平和海洋环流，一项新的研究突破

海洋在全球碳循环中的作用对于理解气候变化至关重要。该循环中的关键过程之一是经向翻转环流 (MOC)，这是一种深海洋流系统，有助于调节海洋表面和深水之间的热量、营养物质和碳的移动。长期以来，海洋的经向翻转环流(MOC)一直被认为是大气CO2水平的重要驱动因素。

然后，一项新研究强调了一种涉及海洋铁循环的重要反馈机制，该机制可能将大气中的二氧化碳 (CO2) 与 MOC 变化分离开来。这一新认识挑战了先前关于海洋环流变化如何影响全球气候（特别是二氧化碳水平）的假设。

经向翻转环流及其在气候中的作用

MOC 是一个大规模的洋流系统，由水密度差异驱动，受温度和盐度的影响。这些洋流在全球分配热量和营养物质方面发挥着至关重要的作用，影响着区域气候和全球气候模式。特别是，MOC 将富含碳的深层水带到地表，尤其是在南极洲周围，那里的上升流促进了营养物质的循环和碳封存。

这些深水的上升流在全球生物碳泵中也发挥着重要作用，铁等营养物质被输送到地表，为海洋的初级生产力提供动力。这一过程捕获大气中的二氧化碳并将其吸收到海洋中，从而有效地长期调节大气中的二氧化碳水平。

MOC 强度或模式的变化可能导致海洋碳储存发生重大变化。随着 MOC 减弱，它可以减少深层、营养丰富的水流上升到海面，这可能会降低海洋固碳的能力。这一直是气候模型中的一个关键问题，因为碳吸收减少可能导致大气中 CO2 增加，从而加速全球变暖 。

然而，最近的研究表明，MOC 强度与大气 CO2 之间的关系并不像之前想象的那么简单。具体来说，海洋中的铁循环反馈可能会将 CO2 与 MOC 的变化分离开来。

新的研究发现

铁是海洋浮游植物的关键营养物质，而浮游植物是海洋食物网的基础。浮游植物进行光合作用，利用光和二氧化碳产生有机物，这些有机物最终沉入海底，从大气中吸收碳。在铁缺乏的地区，初级生产力可能受到限制，从而降低海洋吸收二氧化碳的能力。

在南大洋，向表层水供应营养物的主要机制是 MOC 驱动的上升流。然而，铁往往是这些地区的限制性营养物，它并不总是遵循与其他营养物相同的路径。海洋中铁的循环对海洋环流的变化高度敏感，但它也有自己的反馈机制，可能独立于 MOC 的更广泛变化而起作用。

麻省理工学院一项新的研究，使用数值模型来模拟生物活性、有机螯合配体（organic chelating ligands，指那些能够与金属离子结合形成稳定复合物的有机分子）和溶解铁可用性之间的相互作用，通过结合动态配体参数化，研究人员能够观察到MOC营养物上涌减少对生物活性和随后的碳排气的影响。

该研究将动态配体参数化纳入数值模型，颠覆了先前假设的MOC营养物上升流与大气CO2水平之间的正相关关系。

研究发现，大气中二氧化碳的变化可能并不像之前认为的那样与海洋有机碳的变化紧密相关。相反，海洋内部铁动态可以独立调节二氧化碳水平。铁，特别是通过岩石成因物质风化产生的纳米胶体形式的铁，在控制海洋生物活动中发挥着重要作用，进而影响二氧化碳水平，铁胶体的产生及其在海洋生物地球化学过程中的作用被强调为二氧化碳封存的关键驱动因素。

研究表明，海洋铁循环中的反馈可能以与 MOC 变化脱钩的方式影响大气中的 CO2 水平。这一点很重要，因为传统上认为 MOC 的变化会通过影响海洋中的碳储存对气候产生重大影响。然而，由于铁的可用性和相关生物过程的影响，这些影响可能并不像以前认为的那样与 MOC 动态紧密相关。

海洋铁循环反馈机制的发现将大气中的二氧化碳与经向翻转环流的变化分离开来，这代表着我们对海洋在调节气候中的作用的理解发生了重大转变。

这一发现意义深远，它表明，如果铁供应能够维持海洋生产力，MOC 的变化可能并不总是导致大气中二氧化碳水平的直接增加。相反，无论 MOC 的强度如何，铁供应有限的地区可能会出现碳封存效率更显著的下降。

思考

铁循环反馈将大气中的 CO2 与 MOC 变化分离的具体机制是什么？着环流模式的减弱，海洋营养动态将如何演变？不同气候情景下海洋铁循环与碳循环之间的长期反馈如何？

参考文献：Jonathan Maitland Lauderdale ，Ocean iron cycle feedbacks decouple atmospheric CO2 from meridional overturning circulation changes. Nature Communications volume 15, Article number: 5532 (2024) ，doi. s41467-024-49274-1

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