撒哈拉沙漠的尘埃，如何跨越大西洋成为海洋生物燃料的奥秘 - 海洋生物燃料技术

随着风将铁从撒哈拉沙漠吹离，大气反应使其越来越适宜生命存在。

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铁是生命的必须微量元素，它在呼吸作用、光合作用以及DNA的合成过程中起到关键作用。在现代海洋环境中，铁通常是限制性因素，这就意味着增加铁的可用性能够促进浮游植物对碳的固定，从而潜在地影响全球气候。

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铁最终通过河流、冰川融化、热液活动，特别是风，被带入海洋和陆地生态系统。但是，并不是所有化学形式的铁都具有“生物反应性”，即可供生物体从环境中吸收利用。

佛罗里达州立大学的副教授、同时也是《海洋科学前沿》一项新研究合著者的杰里米·欧文斯博士表示：“我们发现，由西吹过大西洋的撒哈拉尘埃中的铁元素，其性质会随着距离的增加而发生变化：距离越远，铁的生物反应性就越强。”

“这种关系表明，大气中的化学过程将那些不太具备生物反应性的铁转变为更容易被获取的形式。”

问题的核心

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欧文斯和他的同事测量了国际海洋发现计划（IODP）及其早期版本收集到的大西洋底部岩心中生物反应性铁和总铁的含量。IODP的目标是提高我们对气候变化、海洋条件、地质过程以及生命起源的理解。研究人员选择了四个岩心，基于它们与撒哈拉-萨赫勒尘埃走廊的距离来选择。这个走廊的范围从毛里塔尼亚延伸至乍得，被认为是顺风区重要的沙尘源。

最靠近这条走廊的两个岩心分别位于毛里塔尼亚西北部以西约200公里和500公里处，第三个岩心位于大西洋中部，第四个则位于佛罗里达州东部约500公里处。研究者分析了这些岩心上部60至200米的沉积物层，反映了过去12万年的沉积情况。

他们测量了这些岩心中的总铁浓度，并使用等离子体质谱仪测量了铁同位素浓度。这些同位素数据与来自撒哈拉沙漠的尘埃相符。

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接着，他们通过一系列化学反应揭示了沉积物中铁的组分，包括碳酸铁、针铁矿、赤铁矿、磁铁矿和黄铁矿等形式的总铁。尽管这些矿物中的铁不具有生物反应性，但可能是通过海底地球化学过程从更具生物反应性的形式转化而来。

欧文斯指出：“我们没有像以前的研究那样关注总铁含量，而是测量了容易在海洋中溶解的铁，这些铁可以经由海洋生物的代谢途径吸收。”

“沉积物中只有一小部分铁是生物可利用的，但这部分铁在其从原始来源运输的过程中可能会发生变化。我们的目标是探索这些变化。”

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随风飘荡

结果表明，西部岩心中的生物活性铁比例低于东部岩心。这意味着相应的更大比例的生物反应性铁从尘埃中丢失，可能被水柱中的生物利用，因此它从未到达底部的沉积物中。

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加州大学河滨分校教授、本研究的首席作者蒂莫西·莱昂斯博士说：“我们的研究表明，在长距离的大气传输过程中，原本无生物反应性的尘埃束缚性铁的矿物特性发生了变化，变得更具生物反应性。这些铁在到达海底之前就被浮游植物吸收了。”

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莱昂斯补充道：“我们得出的结论是，到达亚马逊盆地和巴哈马群岛等区域的尘埃可能含有特别可溶的铁，对生命来说是可利用的，这得益于它们与北非的遥远距离，因此暴露于大气化学过程的时间更长。”

“运送的铁似乎刺激了生物过程，正如铁肥可以提高海洋和大陆上生命的生产力一样。这项研究是一个概念验证，证实了携带铁的尘埃可以对其源头很远的生命产生重大影响。”

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