科學家補齊海洋鉛循環拼圖

河流向海洋輸運物質是海洋元素循環的重要組成部分。然而，以往的關注點主要是河流溶解態元素輸運對海洋元素收支的影響，對絕大多數元素來說，陸源顆粒物的貢獻目前尚缺乏理解和量化。華東師范大學河口海岸學國家重點實驗室教授趙寧與新加坡國立大學、美國麻省理工學院等多家機構科學家合作，揭示了陸源顆粒物與海水的物質交換是全球海洋鉛循環的重要環節，該發現很好解釋了海水鉛源-匯不平衡的缺失通量，相關論文近日在美國《國家科學院院刊》發表。

樣品采集區域      受訪者供圖

基于深海沉積物的研究表明，全球海洋鉛匯通量顯著高于已知的大氣沉降、海底熱液和河流等鉛源的總通量，表明對海洋鉛來源的認識還存在缺失。前人基于釹同位素等研究，發現大陸邊緣的沉積物能與海水發生物質交換，從而改變海水中一些元素的同位素組成，這一過程被稱為邊界交換。然而，邊界交換對海洋同位素的影響是否適用于更多元素，以及邊界交換是否可以顯著影響海洋元素收支通量目前還很少被關注。而對于鉛元素而言，顆粒態形式的河流入海通量是溶解態的數百倍。

該研究團隊通過野外采樣、實驗室分析、數據集成與模型計算等手段，對馬來半島周圍多個站位的海水同位素數據進行綜合評估分析，發現海水鉛同位素組成并不能用河流與海洋的混和來解釋。基于模型的計算結果則發現，河流輸入顆粒物與海水的鉛交換可以很好地解釋馬來半島周圍海水的鉛同位素異常。模型研究進一步表明，顆粒態-溶解態交換導致由顆粒物向海水轉移的鉛元素凈通量，會隨海水濃度升高而降低。由于人類活動的影響（如含鉛汽油的使用），當今許多地區表層海水的鉛濃度較高，陸源顆粒物可能會成為海水鉛匯，但對人新世之前的海洋，由于海水鉛濃度較低，顆粒態-溶解態交換的凈效果使得陸源顆粒物成為重要的海水鉛源。

邊界交換對深海鉛同位素的影響      受訪者供圖

該研究收集了全球深海自然狀態下（前人新世）的鉛同位素數據，發現陸源沉積物對海水鉛的影響并非局限于淺海。對于西北大西洋以及孟加拉深海扇等區域，大量陸源物質被輸運到深海，由于深海鉛濃度很低，顆粒態-溶解態交換使得陸源物質成為深海鉛的重要來源。這也意味著，通過陸源沉積物向深海的輸運，河流對海洋鉛的影響遠超河口淡水的影響范圍。研究人員進一步估算了邊界交換對前人新世全球海洋鉛的貢獻，表明這一貢獻可以填補海洋鉛源-匯不平衡的缺失通量。