基本介紹
- 中文名：鐵假說
- 外文名：iron hypothesis
假說的提出,假說的驗證,
假說的提出
20世紀80年代，John H.Martin注意到在東太平洋次極地海域以及南極海域表層水中的磷酸鹽、硝酸鹽、硫酸鹽等營養鹽濃度過高未被充分吸收，於是在實驗室條件下向培養瓶中浮游植物加入不同濃度的鐵，觀察浮游植物的葉綠素濃度和營養鹽吸收情況，結果表明只有加入鐵才能促進浮游植物生長和吸收吸收營養鹽。隨後他根據海洋中極低的鐵濃度及南極Vostok冰芯中記錄的鐵元素濃度和二氧化碳的反相關關係推斷，大氣沉降的鐵進入南大洋促進了南大洋浮游植物的生長大氣中大量二氧化碳被浮游植物所固定，使得末次冰盛期時期二氧化碳的濃度比全新世低了100ppm。基於此，Martin提出了“鐵假說”，他認為鐵元素的供應變化可以調控高營養鹽，低葉綠素海域（High-Nutrient and Low-Chlorophyll, HNLC）海洋浮游植物的生長，影響海洋對二氧化碳的吸收能力，進而影響全球氣候。
假說的驗證
全球鐵循環中，海洋中鐵的來源包括大氣沉降、河流輸入、海底熱液、冰川融水、冰山、海冰以及生物地球化學循環等。全球主要的HNLC海域包括南大洋、赤道太平洋東部以及亞北極太平洋等海域，自鐵假說被提出後，科學家們在太平洋、南大洋以及亞北極太平洋海域進行了多次鐵加富實驗。
1993年11月中旬，科學調查船Columbus Iselin號在加拉帕哥斯群島(Galapagos Islands，位於厄瓜多西部)南部500 km處進行了代號為“IronEX1”的首次鐵加富實驗。約7800 mol鐵和SF6隨船航跡被撒入海洋，在24小時之內，鐵的加富面積達到8 km×8 km，鐵的濃度從大約0.05 nM加富到4nM。在加鐵之後的12~24 h，浮游植物的光合作用效率有所增加，到2~3 d時，光合作用效率達到最大值，初級生產力和葉綠素a濃度都達到了原來的2倍多。培養瓶的實驗中葉綠素 a 的濃度可達到6μg／L，但這次現場實驗中葉綠素a的濃度僅達到0.7 μg／L，表層海水中二氧化碳的濃度僅降低了6μm，二氧化碳分壓僅降低了約10μatm。
1995年5月29日，代號為“IronEx2”的第二次鐵加富實驗在赤道東太平洋（104°W，4°S）開始實施，225 kg 鐵和 SF6 按一定的比例混入一個面積72平方千米的方形海區內。在第9天葉綠素 a 的濃度從0.15～0．20μg／L增加到4μg／L。海水中 二氧化碳分壓為510μatm （大氣中的二氧化碳分壓為360μatm），在第6和第8天，加富海水中心的二氧化碳分壓降為417μatm，降低了約90μatm。雖然海水中二氧化碳的分壓降低了，但是模型研究表明，大氣中二氧化碳的分壓僅降低了3μatm，可能原因是這一海區上升流海水加鐵後生產力提高，但其中的營養鹽被消耗，幾個月後水團到達亞熱帶海區後該區域的生產力降低，導致赤道太平洋加鐵後生產力的提高被亞熱帶海區生產力降低所抵消。
1999年2月9～22日，南大洋鐵現場加富實驗（SOIREE，Southern Ocean iron release experiment）在霍巴特（Hobart） 西南2000km處（61°S，140°E）進行，總共向面積約200平方千米的海區內加入8613 kg硫酸鐵。在這次實驗過程中，葉綠素 a 濃度緩慢地增加了6倍，浮游植物碳增加了3倍，對營養鹽的吸收也有所增加。加富水體中二氧化碳分壓在實驗後期比大氣中低25～30μatm，但遺憾的是，這次實驗從大氣中去除的二氧化碳數量還無法確定。
