铁是生命必需的微量元素，在呼吸、光合作用和DNA合成等过程中发挥着至关重要的作用。在现代海洋中，铁经常是一个限制因素，这意味着提高铁的供应量可以促进浮游植物的碳固定，从而对全球气候产生潜在影响。铁通过河流、冰川融化、热液活动，尤其是风，最终进入海洋和陆地生态系统。但并非所有化学形态的铁都具有"生物活性"，即生物可从环境中吸收。

随着含尘铁飞离撒哈拉沙漠，大气反应使其越来越容易支持生命。

佛罗里达州立大学副教授杰里米-欧文斯博士是《海洋科学前沿》（Frontiers in Marine Science）杂志上一项新研究的共同作者之一，他说："我们发现，来自撒哈拉沙漠的尘埃中结合的铁元素在大西洋上空向西吹拂时，其特性会随着吹拂距离的增加而发生变化：吹拂距离越远，铁元素的生物活性就越强。这种关系表明，大气中的化学过程将生物活性较低的铁转化为更易获取的形式"。

欧文斯及其同事测量了国际大洋发现计划（IODP）及其早期版本收集的大西洋海底钻芯中生物活性铁和总铁的含量。国际大洋发现计划旨在提高我们对不断变化的气候和海洋条件、地质过程以及生命起源的认识。研究人员根据其与所谓的撒哈拉-萨赫勒尘埃走廊的距离选择了四个岩心。撒哈拉-萨赫勒尘埃走廊从毛里塔尼亚一直延伸到乍得，是下风向地区尘埃铁的重要来源。

最靠近这条走廊的两个岩芯分别采集于毛里塔尼亚西北部以西约 200 公里和 500 公里处，第三个岩芯采集于大西洋中部，第四个岩芯采集于佛罗里达以东约 500 公里处。作者研究了这些岩心上部 60 至 200 米的沉积物，这些沉积物反映了过去 12 万年的沉积情况，也就是上一个间冰期以来的沉积情况。

他们测量了这些铁芯的总铁浓度，并用等离子体质谱仪测量了铁同位素的浓度。这些同位素数据与撒哈拉沙漠的尘埃一致。

然后，他们利用一系列化学反应揭示了沉积物中以碳酸铁、鹅铁矿、赤铁矿、磁铁矿和黄铁矿形式存在的总铁比例。这些矿物中的铁虽然没有生物活性，但很可能是通过海底的地球化学过程从生物活性更强的形式形成的。

欧文斯说："我们没有像以前的研究那样关注铁的总含量，而是测量了容易溶解在海洋中的铁，海洋生物可以通过新陈代谢途径获取这些铁。沉积物中的总铁只有一部分具有生物可利用性，但这部分铁可能会在铁远离其原始来源的迁移过程中发生变化。我们的目标就是探索这些关系。"

结果表明，最西边的岩心中生物活性铁的比例低于最东边的岩心。这意味着相应比例的生物活性铁已从尘埃中流失，可能已被水体中的生物利用，因此从未到达底部沉积物中。

"我们的研究结果表明，在长距离大气传输过程中，原本不具有生物活性的尘埃结合铁的矿物特性发生了变化，使其更具生物活性。然后，这些铁在到达海底之前就被浮游植物吸收了，"该研究的最后一位作者、加州大学河滨分校教授 Timothy Lyons 博士说。"我们得出的结论是，到达亚马逊盆地和巴哈马群岛等地区的尘埃可能含有特别易溶和可供生命利用的铁，这要归功于这些尘埃距离北非很远，因此暴露在大气化学过程中的时间更长。运输的铁似乎正在刺激生物过程，这与铁肥对海洋和大陆上的生命产生影响的方式非常相似。这项研究是一个概念证明，证实了铁质尘埃可以对远离其源头的生命产生重大影响"。

编译自/ScitechDaily

DOI: 10.3389/fmars.2024.1428621