Phytoplankton对森林粉尘的水平非常敏感

2012年卫星图像显示了吹过北太平洋的日本海洋的尘暴风暴。由NASA提供

一个新出版的研究表明，浮游植物对荒漠粉尘的变化水平非常敏感，揭示沙漠风暴的强度可能影响整个海洋生态系统。

每个春天，在蒙古和北方沙漠中强大的沙尘暴，将厚厚的颗粒云送入大气中。东风就太平洋扫过了这些颗粒，尘埃最终落在开阔的海洋中。除其他矿物中，这种沙漠粉尘还包含铁 - 一项植物的必需营养素，占植物群的数百种浮游植物。

现在，科学家在麻省理工学院，哥伦比亚大学和佛罗里达州立大学已经确定，一旦铁沉积在海洋中，它的停留时间很短，在沉入深海之前，在地表水中只花了六个月。这种铁信号的这种高速度，即沙漠粉尘的大季节变化可能对依赖铁的表面浮游植物产生巨大影响。

“如果有亚洲沙漠大小的变化，或者人们正在使用土地的变化，可能会有一个更大的灰尘来源于海洋，”麻省理工学院的地球部门，大气，大气，大气，大气，和行星科学（EAPS）。“预测整个生态系统如何变化很难改变，而是因为铁的停留时间很短，所以尘埃的年度变化肯定会对浮游植物产生影响。”

该团队的结果在Geochemica等Cosmochimica Acta期刊上发表。共同作者包括麻省理工学院海洋地球化学教授的Ed Boyle;大卫McGee，Kerr-McGee职业发展助理教授EAPS教授;和前博士Jessica Fitzsimmons。

灰尘尘埃

某些物种的浮游植物，如蓝藻，需要铁作为燃料氮固定和其他生长相关过程的主要营养素。海耶斯估计，高达40％的海洋含有植物生长受到可用量的限制的浮游植物。

由于沙漠粉尘是海洋铁的唯一来源之一，海耶斯希望看到粉尘水平变化的程度如何对海水中的铁浓度产生影响：在长时间的表面水域中是否会在表面水处粘附，从而使浮游植物对入口灰尘的变化不太敏感？或者矿物质在下沉到无法进入的深度之前是否会出现短暂的外观，使浮游植物更依赖于季节性粉尘？

为了获得答案，海耶斯和他的同事前往夏威夷，在夏威夷大学进行的长期海洋学计划的网站上收集海洋样品。2013年9月，该团队将巡航半月追捕开阔海洋，然后在不同的深度下花了两周的海洋水样。

研究人员将样品酸化并将它们运送回到MIT的实验室，在那里他们分析了铁和钍的水 - 一种在散热中脱脂的化学元素。由于难以确定铁从海面到深水区的铁汇，Hayes推出了钍可能是合理的代理。

钍有许多同位素：钍-232通常在灰尘中发现，并且钍-230由铀的腐烂产生，在整个海洋中以相同的速率衰减。通过比较海洋样品中检测到的钍230的量，以铀腐烂产生的量，Hayes能够计算钍的去除率，或者在海洋表面沉降后化学物质下沉所需的时间。

他推理的这种去除率相当于灰尘的输入速度，或者将灰尘提供给海洋区域的速率。随着人们已知平均沙漠粉尘颗粒的组成，Hayes然后推断出输入速率以估计铁的表面水中的停留时间。

一小块一个大问题

该团队发现，平均而言，铁往往停留在海洋表面的150米范围内 - 浮游植物所在­的层 - 大约六个月在较大的粒子上积聚并沉到深海。这种停留时间为浮游植物吸收铁的相对短的时期，使生物体相当敏感到任何进入沙漠粉尘的变化。

“尘埃可以从季节变成很多季节 - 按一个数量级，”海耶斯说。“从卫星图像中，您可以看到来自这些沙漠的大灰尘。这可能随着气候变化而改变，以及不同的降水模式。所以我们试图跟踪：如果它确实改变，它会产生影响吗？“

随着Phytoplankton在从大气中除去二氧化碳的自然作用，更好地估计铁住宿时间，以及海洋的沙漠粉尘输入，可能有助于科学家衡量浮游植物在打击气候变化方面的作用。

“这是我们越来越大的数量，”海耶斯说。“这是一个尝试预测的一件：如果有更多的灰尘，海洋会占用更多碳吗？这是我们完全答复的大图问题，但我们在回答这个问题的路上有一件。“

南加州大学副教授Seth John说，与硝酸盐和磷这样的主要营养素不同，浮游植物可以通过从深海的海水上升，铁的主要来自地表海洋。

“在表面海洋中铁的短暂停留时间意味着每隔几个月必须不断地从灰尘中进行新的铁，或者整个生态系统将磨损到停止，”约翰说，他不参与研究。“这也意味着在具有灰尘的海洋供应熨斗的变化 - 例如，从工业污染或土地使用的变化 - 将迅速影响太平洋中部的生活。”

本研究部分由国家科学基金资助。

出版物：Christopher T. Hayes，等，“钍同位素追踪夏威夷海洋时间系列站Aloha的铁循环”Geochimica et Cosmochimica Acta，2015年11月15日第169卷，第1-16页; DOI：10.1016 / J.GCA.2015.07.019