漂浮于大氣中的粉塵也會改變氣候？通過集成分析全球22條海洋巖芯粉塵記錄，一個(gè)中英瑞三國聯(lián)合科研團(tuán)隊(duì)昨天在《自然綜述：地球與環(huán)境》發(fā)表最新發(fā)現(xiàn)——

新生代以來，全球主要海盆粉塵沉積通量呈階梯式增長，其顯著躍增期與北半球冰蓋擴(kuò)張及亞洲、北美、非洲等源區(qū)的干旱化進(jìn)程同步。

團(tuán)隊(duì)據(jù)此認(rèn)為，晚新生代以來，全球變冷驅(qū)動(dòng)的大陸干旱化、冰蓋擴(kuò)張?jiān)鰪?qiáng)的物理侵蝕與風(fēng)力輸送作用，以及以青藏高原隆升為代表的大地形對水汽的阻隔效應(yīng)，共同驅(qū)動(dòng)了全球粉塵釋放與海洋粉塵沉積通量的增加。

一年40億噸粉塵對海洋“肥力”不等

“全球陸地每年釋放的粉塵超過40億噸?！蔽恼碌谝蛔髡呒婀餐ㄓ嵶髡?、中國科學(xué)院青藏高原研究所新生代環(huán)境團(tuán)隊(duì)研究員昝金波介紹，源自干旱、半干旱區(qū)的粉塵，攜帶鐵、磷等海洋中難以獲得的營養(yǎng)元素，通過大氣環(huán)流遠(yuǎn)距離輸送至海洋并沉降——粉塵由此成為連接陸地、大氣與海洋的關(guān)鍵紐帶。

這一過程對海洋浮游植物的“施肥效應(yīng)”十分關(guān)鍵，不僅會有效提升海洋初級生產(chǎn)力，還通過強(qiáng)化“生物泵”效能，將大量二氧化碳從大氣轉(zhuǎn)移并封存于深海，進(jìn)而深刻影響全球碳循環(huán)與氣候變化。

然而，粉塵“產(chǎn)地”不同會影響“施肥效應(yīng)”的強(qiáng)度與效率。昝金解釋，該效應(yīng)不僅取決于粉塵輸送通量，更與其源區(qū)特性、理化性質(zhì)、營養(yǎng)元素賦存形態(tài)及在輸送過程中的演化密切相關(guān)。

“而后者正是目前研究所缺乏的。”昝金波說，當(dāng)前研究多聚焦于粉塵的通量變化，而對“來源-演化-生物效應(yīng)”這一完整鏈條，尤其是粉塵組成與海洋生物群落的相互作用機(jī)制，仍缺乏系統(tǒng)認(rèn)知，這已成為制約粉塵氣候效應(yīng)準(zhǔn)確評估的關(guān)鍵瓶頸。

揭開“粉塵施肥”影響全球性趨勢

為此，由中國科學(xué)院青藏高原研究所新生代環(huán)境團(tuán)隊(duì)昝金波研究員與方小敏院士領(lǐng)銜，聯(lián)合英國、瑞典及中國同行組成國際研究團(tuán)隊(duì)，系統(tǒng)綜述了粉塵對全球碳循環(huán)與氣候的影響。

通過系統(tǒng)梳理和規(guī)律揭示，科研團(tuán)隊(duì)評估了粉塵對海洋生態(tài)系統(tǒng)的潛在影響，并在此基礎(chǔ)上明晰了粉塵循環(huán)在全球生物地球化學(xué)循環(huán)與氣候變化中的關(guān)鍵作用與反饋機(jī)制，并指出了該領(lǐng)域未來研究的突破方向。

“這一全球性趨勢在北大西洋、北太平洋、菲律賓海及南大洋等關(guān)鍵區(qū)域均有清晰記錄?！蔽恼鹿餐ㄓ嵶髡摺⒅袊茖W(xué)院院士、青藏所研究員方小敏說。

研究還進(jìn)一步揭示，粉塵通量增加對北太平洋和南大洋生產(chǎn)力的影響存在顯著區(qū)域差異：在南大洋，粉塵是冰期亞南極海域的關(guān)鍵鐵源，有效提升了生產(chǎn)力；在北太平洋，其效應(yīng)則更為復(fù)雜——盡管粉塵通量早有增加，但低緯度地區(qū)直到中更新世，隨著粉塵自身磷（P）和二價(jià)鐵（Fe2+）含量的提升，才引發(fā)浮游植物群落從顆石藻向固碳作用更強(qiáng)的硅藻轉(zhuǎn)變，并強(qiáng)化了南海的初級生產(chǎn)力；而亞北極太平洋因受其他營養(yǎng)源（如上升流）影響，生產(chǎn)力未同步提升。

亞洲與北非粉塵對全球碳循環(huán)及氣候影響的機(jī)制對比。

這些差異凸顯粉塵的“施肥效應(yīng)”不僅取決于通量變化，更由其來源、成分和元素生物可利用性共同決定。證據(jù)顯示，亞洲冰川源粉塵因富含活性營養(yǎng)元素，其影響遠(yuǎn)高于高度風(fēng)化的北非粉塵——中更新世以來，輸入北太平洋的亞洲粉塵營養(yǎng)通量因青藏高原冰川侵蝕加劇而猛增一到兩個(gè)數(shù)量級，與該海域生產(chǎn)力和群落突然變化直接對應(yīng)，證實(shí)了不同源區(qū)粉塵的施肥潛力存在本質(zhì)區(qū)別。

研究團(tuán)隊(duì)認(rèn)為，未來粉塵研究將整合現(xiàn)代觀測、藻類培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)與多指標(biāo)古氣候重建，系統(tǒng)量化撒哈拉、亞洲干旱區(qū)等全球主要粉塵源區(qū)的營養(yǎng)成分及其生物可利用性；利用地球化學(xué)指標(biāo)，在北太平洋等關(guān)鍵區(qū)域建立粉塵輸入與海洋碳匯的定量關(guān)聯(lián)，評估其導(dǎo)致的碳匯效應(yīng)；最終建立包含粉塵組分與生物反饋過程的區(qū)域化參數(shù)方案，將其嵌入地球系統(tǒng)模型，以顯著提升對粉塵-碳循環(huán)-氣候互饋機(jī)制的模擬與預(yù)測能力。