研究揭示粉尘对全球生物地球化学循环与气候影响

作为连接陆地、大气与海洋的关键纽带，源自干旱、半干旱区的粉尘携带铁、磷等海洋限制性营养元素，通过大气环流远距离输送至海洋并沉降。这一过程对海洋浮游植物产生关键的“施肥效应”，可有效提升海洋初级生产力，并将大量二氧化碳从大气转移并封存于深海，进而影响全球碳循环与气候变化。该“施肥效应”的强度与效率，取决于粉尘输送通量、源区特性、理化性质、营养元素赋存形态，以及其在输送过程中的演化。然而，此前研究大多聚焦于粉尘通量变化，对“来源—演化—生物效应”这一完整链条，尤其是粉尘组成与海洋生物群落的相互作用机制，仍缺乏系统认知，制约了粉尘气候效应的准确评估。

11月11日，中国科学院青藏高原研究所研究团队联合英国兰卡斯特大学、瑞典乌普萨拉大学，综述了粉尘对全球碳循环与气候的影响，揭示了全球主要沙尘源区在地质时期粉尘通量的演化规律、矿物组成及关键营养元素含量和赋存形态的差异，评估了其对海洋生态系统的潜在影响。在此基础上，研究明晰了粉尘在全球生物地球化学循环与气候变化中的关键作用与反馈机制，并指出该领域未来研究的突破方向。

研究团队对全球22条海洋岩芯粉尘记录进行集成分析，发现全球主要海盆新生代以来的粉尘沉积通量呈阶梯式增长，其显著跃增期与北半球冰盖扩张及亚洲、北美、非洲等源区的干旱化进程高度同步。这一全球性趋势在北大西洋、北太平洋、菲律宾海及南大洋等关键区域均有清晰记录。据此，研究团队提出，晚新生代以来，全球变冷驱动的大陆干旱化、冰盖扩张加剧的物理侵蚀与风力输送作用，以及以青藏高原隆升为代表的大地形对水汽的阻隔效应，共同驱动了全球粉尘释放与海洋粉尘沉积通量增加。

研究揭示，粉尘通量增加对北太平洋和南大洋生产力的影响存在区域差异。在南大洋，粉尘是冰期亚南极海域的关键铁源。在北太平洋，其效应较为复杂。尽管粉尘通量早有增加，但低纬度地区直到中更新世，随着粉尘自身携带的磷和二价铁含量提升，引发浮游植物群落从颗石藻向固碳作用更强的硅藻转变，强化了南海的初级生产力；而亚北极太平洋因受上升流等其他营养源影响，生产力未同步提升。这些差异凸显粉尘的“施肥效应”由通量变化和其来源、成分、营养元素的生物可利用性共同决定。证据显示，亚洲冰川源粉尘因富含活性营养元素，其影响远高于高度风化的北非粉尘。中更新世以来，输入北太平洋的亚洲粉尘营养元素通量，因青藏高原冰川侵蚀加剧而猛增一到两个数量级，与该海域生产力和群落突然变化直接对应，证实了不同源区粉尘的施肥潜力存在本质区别。

基于上述发现，团队进一步凝练出该领域未来研究的三大突破方向。一是需整合现代观测、藻类培养实验与多指标古气候重建，系统量化全球主要粉尘源区（如撒哈拉、亚洲干旱区）的营养物质成分及其生物可利用性。二是利用地球化学指标，在北太平洋等关键区域建立粉尘输入与海洋碳汇的定量关联，评估其导致的碳汇效应。三是建立包含粉尘组分与生物反馈过程的区域化参数方案，将其嵌入地球系统模型，以提升对粉尘—碳循环—气候互馈机制的模拟与预测能力。

相关研究成果发表在《自然综述：地球与环境》（Nature Reviews Earth & Environment）上。研究工作得到国家自然科学基金和青藏高原地球系统卓越研究群体项目的支持。

论文链接

晚新生代主要大洋盆地粉尘通量变化与全球温度、冰量变化的联系

北太平洋与南大洋地质历史时期粉尘通量、海洋生产力及碳循环变化的联系

亚洲与北非粉尘对全球碳循环及气候影响的机制对比