方小敏院士 | 中亚黄土粉尘与冰冻圈演化、太平洋生产力和全球变化的联系

Marine Sedimentology · 公众号 · · 2024-12-13 00:00

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粉尘循环是地球系统表层岩石圈、水圈、冰冻圈、大气圈和生物圈之间相互作用的重要纽带。以中亚内陆为代表的亚洲沙漠及荒漠戈壁区是地球上最重要的沙尘源区之一（图1），现代观测表明该地区粉尘铁和磷元素等营养物质经过高空西风传输，对太平洋生物活动和北美山地森林生态系统有重要作用，是影响全球生物地球化学过程和碳循环以及气候变化的重要环节。然而，目前对于地质时期亚洲粉尘营养物质演化及其与太平洋生态系统和全球变化的联系仍缺乏系统的认识。

图1 中亚黄土粉尘主要研究剖面地理位置和年代(a)以及空间分布(b)

中国科学院青藏高原研究所 方小敏 院士团队通过总结中亚黄土粉尘形成演化历史、营养物质组成、传输过程以及大洋“铁施肥”效应，详细阐述了地质时期中亚粉尘活动和营养物质的演化历史及其对太平洋生态系统和全球碳循环的影响。

他们提出：相较于以往研究强调的粉尘通量变化，青藏高原冰川扩展导致的物理侵蚀和风化作用增强，可以极大增加亚洲粉尘二价铁（Fe ²⁺ ）等主要营养元素的含量，促进太平洋浮游植物的生长和种群结构转型，导致生物多样性发生变化，从而对太平洋生产力和全球碳循环与气候变化产生重要影响（图2）。因此，青藏高原岩石圈通过冰冻圈侵蚀过程可以显著影响亚洲粉尘营养物质组成以及北太平洋的生物活动。

图2 中亚黄土粉尘Fe元素组成演化对太平洋浮游植物种群以及全球碳循环和气候变化的影响。（a-c）塔里木盆地南缘671 m黄土序列记录的中亚粉尘通量和营养元素铁的演化历史；（d-f）赤道太平洋Fe含量以及颗石藻和硅藻通量（MAR）变化（Badejo et al., 2017）。80万年以来，对应于亚洲内陆粉尘Fe ²⁺ 含量急剧增加，赤道太平洋浮游植物由颗石藻转型为生物固碳作用更强的硅藻；（g）亚洲粉尘营养物质演化驱动太平洋生态系统以及全球碳循环和气候变化的模型解释。

文章进一步提出未来需要通过加强岩石圈-冰冻圈-粉尘产量和营养物质含量关系研究，以及开展大空间范围和长时间尺度上亚洲粉尘营养元素含量和化学形态组成及其与大洋生物活动与多样性演化等分析，然后基于由源到汇的陆海记录对比和数值模拟，是详细揭示“亚洲粉尘输入增加-海洋固碳增强-大气CO ₂ 减少”的碳循环链式动力过程的关键。