研究揭示粉塵對全球生物地球化學循環與氣候影響

作為連接陸地、大氣與海洋的關鍵紐帶，源自干旱、半干旱區的粉塵攜帶鐵、磷等海洋限制性營養元素，通過大氣環流遠距離輸送至海洋并沉降。這一過程對海洋浮游植物產生關鍵的“施肥效應”，可有效提升海洋初級生產力，并將大量二氧化碳從大氣轉移并封存于深海，進而影響全球碳循環與氣候變化。該“施肥效應”的強度與效率，取決于粉塵輸送通量、源區特性、理化性質、營養元素賦存形態，以及其在輸送過程中的演化。然而，此前研究大多聚焦于粉塵通量變化，對“來源—演化—生物效應”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制，仍缺乏系統認知，制約了粉塵氣候效應的準確評估。

11月11日，中國科學院青藏高原研究所研究團隊聯合英國蘭卡斯特大學、瑞典烏普薩拉大學，綜述了粉塵對全球碳循環與氣候的影響，揭示了全球主要沙塵源區在地質時期粉塵通量的演化規律、礦物組成及關鍵營養元素含量和賦存形態的差異，評估了其對海洋生態系統的潛在影響。在此基礎上，研究明晰了粉塵在全球生物地球化學循環與氣候變化中的關鍵作用與反饋機制，并指出該領域未來研究的突破方向。

研究團隊對全球22條海洋巖芯粉塵記錄進行集成分析，發現全球主要海盆新生代以來的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張及亞洲、北美、非洲等源區的干旱化進程高度同步。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鍵區域均有清晰記錄。據此，研究團隊提出，晚新生代以來，全球變冷驅動的大陸干旱化、冰蓋擴張加劇的物理侵蝕與風力輸送作用，以及以青藏高原隆升為代表的大地形對水汽的阻隔效應，共同驅動了全球粉塵釋放與海洋粉塵沉積通量增加。

研究揭示，粉塵通量增加對北太平洋和南大洋生產力的影響存在區域差異。在南大洋，粉塵是冰期亞南極海域的關鍵鐵源。在北太平洋，其效應較為復雜。盡管粉塵通量早有增加，但低緯度地區直到中更新世，隨著粉塵自身攜帶的磷和二價鐵含量提升，引發浮游植物群落從顆石藻向固碳作用更強的硅藻轉變，強化了南海的初級生產力；而亞北極太平洋因受上升流等其他營養源影響，生產力未同步提升。這些差異凸顯粉塵的“施肥效應”由通量變化和其來源、成分、營養元素的生物可利用性共同決定。證據顯示，亞洲冰川源粉塵因富含活性營養元素，其影響遠高于高度風化的北非粉塵。中更新世以來，輸入北太平洋的亞洲粉塵營養元素通量，因青藏高原冰川侵蝕加劇而猛增一到兩個數量級，與該海域生產力和群落突然變化直接對應，證實了不同源區粉塵的施肥潛力存在本質區別。

基于上述發現，團隊進一步凝練出該領域未來研究的三大突破方向。一是需整合現代觀測、藻類培養實驗與多指標古氣候重建，系統量化全球主要粉塵源區（如撒哈拉、亞洲干旱區）的營養物質成分及其生物可利用性。二是利用地球化學指標，在北太平洋等關鍵區域建立粉塵輸入與海洋碳匯的定量關聯，評估其導致的碳匯效應。三是建立包含粉塵組分與生物反饋過程的區域化參數方案，將其嵌入地球系統模型，以提升對粉塵—碳循環—氣候互饋機制的模擬與預測能力。

相關研究成果發表在《自然綜述：地球與環境》（Nature Reviews Earth & Environment）上。研究工作得到國家自然科學基金和青藏高原地球系統卓越研究群體項目的支持。

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