熱帶北大西洋低溶氧區(qū)和西南太平洋真光層海水鐵的生物地球化學.pdf

1、作為生命體的必需元素,鐵參與到了許多重要的生命過程中,如光合作用、呼吸作用和固氮作用等。在當代海洋的氧化條件下,由于三價鐵的低溶解性以及與顆粒物質強烈的吸附性,鐵在海水中的濃度很低。鐵作為限制因子限制了約占海洋面積三分之一的“高營養(yǎng)鹽低葉綠素”海區(qū)的海洋初級生產(chǎn)力。鐵也可以通過限制海洋固氮微生物對氮的固定而限制一些貧營養(yǎng)海域的初級生產(chǎn)力。海水中鐵生物地球化學的研究也成為了當今海洋學的研究熱點和重點之一。
　　 本文建立了一種新的

2、利用次氮基三乙酸潔凈樹脂對海水中鐵進行預分離富集,配合54Fe同位素稀釋和MIT GV IsoProbe多接收杯電感耦合等離子質譜儀對海水中痕量鐵含量的分析方法。使用約1.4 ml的海水樣品,取得了較低的實驗程序空白0.07-0.19±0.03 nmol/kg,經(jīng)驗證本方法可以應用于分析海水中亞納摩爾級別的鐵的含量。應用這種新建立的方法,本文分析了熱帶北大西洋表層和低溶氧區(qū)海水溶解鐵的含量,以及西南太平洋海域真光層海水溶解鐵和總可溶鐵的

3、含量,為人們了解大洋中鐵的生物地球化學提供了新的基礎數(shù)據(jù)。本文主要研究結果如下:
　　 1.熱帶北大西洋海域表層海水有較高的溶解鐵含量,平均為0.67±0.30nmol/kg(1SD,n=27)。而西南太平洋海域表層海水溶解鐵的含量較低,平均為0.274±0.11 nmol/kg(1SD,n=16)。由于熱帶北大西洋海域接收了來自北非的高大氣沉降輸入,而西南太平洋接收的大氣沉降則相對較少,大氣沉降影響了不同海域表層海水鐵的含量。

4、有機顆粒的吸附與浮游植物的攝取使得鐵在表層海水的停留時間很短,本文計算出鐵熱帶北大西洋表層海水的停留時間為210±160天(1SD)。
　　 2.對溶解鐵在西南太平洋真光層大多數(shù)站點的海水剖面以及熱帶北大西洋的一個海水剖面的研究發(fā)現(xiàn),溶解鐵在表層海水的含量相對較高,而下表層出現(xiàn)了海水溶解鐵含量的最低值。這個溶解鐵含量的最低值往往伴隨著葉綠素熒光含量的最高值。通過與西南太平洋真光層溶解鐵與N、P和Si等營養(yǎng)元素剖面的比較發(fā)現(xiàn),鐵在

5、表層海水表現(xiàn)出了對浮游植物生長的低鐵脅迫,80 m以上的海水N仍是浮游植物生長的主要限制因子,鐵則在70-100 m的水域逐漸取代N,表現(xiàn)出了對浮游植物生長的限制作用。
　　 3.溶解鐵在熱帶北大西洋低溶氧區(qū)(500 m)的中層海水中具有較高的含量1.04±0.27 nmol/kg(1SD,n=25),并且有著自東向西的遞減趨勢。通過溶解鐵對表觀耗氧量的線性關系求導發(fā)現(xiàn),溶解鐵含量與表觀耗氧量有著很好的線性關系,r2=0.736

6、4。由溶解鐵和表觀耗氧量的斜率(6.3μmol Fe/mol AOU)求得在低溶氧區(qū)有機顆粒再生的Fe/C比值為10.1±3.3μmol Fe/mol C,這明顯高于其他海域的Fe/C比值。推測熱帶北大西洋低溶氧區(qū)的高鐵濃度很可能是由于該水域接收了來自于北非高強度的大氣沉降輸入,溶解鐵在表層海水中富集而引發(fā)了浮游植物的過度攝取,產(chǎn)生并向下輸出了具有高Fe/C比值的有機顆粒,由于異養(yǎng)微生物的分解,高濃度的鐵被釋放到在中層水的低溶氧區(qū)。