Earth-Science Reviews｜综述：基于铁同位素指纹量化全球气溶胶铁来源

Marine Sedimentology · 科技创业科技自媒体 · 4 天前

文章信息

第一作者：魏婷助理研究员

通讯作者：董志文教授

通讯单位：中国地质大学（武汉），中国科学院西北生态环境资源研究院

https://doi.org/10.1016/j.earscirev.2024.104943

亮点

• 空间尺度上，气溶胶δ56Fe比值从冰川到海洋再到人类影响的城市地区呈现明显的降低趋势。

• 时间尺度上，气溶胶δ56Fe在非沙尘期明显低于沙尘期，且伴随着较大的同位素变率。

• 与全样和 PM＞2.5气溶胶颗粒相比，PM2.5中明显富集轻Fe同位素。

• 燃煤是半球尺度下气溶胶Fe的主导人为来源。

研究进展

铁（Fe）深刻地影响着全球气候和生物地球化学循环。气溶胶作为生物活性Fe的重要供给者，其来源包括自然来源和人为燃烧源。鉴于这两种来源气溶胶Fe的溶解度及其生物可利用性的显著差异，追踪和量化气溶胶Fe来源对评估Fe对全球气候和生物地球化学循环的影响至关重要。然而，目前关于全球气溶胶Fe的精细化来源解析研究较为缺乏。

基于此，中国地质大学(武汉)地理与信息工程学院董志文教授科研团队，联合中国科学院西北生态环境资源研究院冰冻圈与全球变化研究室、西北大学等多家单位，基于搜集的全球气溶胶Fe同位素数据集（δ56Fe；n=195）（图1），查明了全球尺度下气溶胶δ56Fe的时空分布特征及其在不同粒级间的分配模式，并结合MixSIAR同位素端元混合模型量化了沙尘期和非沙尘期多粒级气溶胶中Fe的来源贡献占比。

图1 全球不同大气环境中气溶胶铁研究区位置图

图2 气溶胶铁同位素的时空分布特征

基于对气溶胶δ56Fe数据集的再分析表明气溶胶Fe同位素组成呈显著的时空变化（Figure 2）。空间尺度上，气溶胶δ56Fe沿着高海拔冰川区—海洋—人为影响的城市区呈显著的降低趋势，并向负值转变；时间尺度上，气溶胶δ56Fe在非沙尘期明显低于沙尘期，且伴随着较大的同位素变率。气溶胶Fe同位素在时空尺度上的这种变化趋势与人为活动的影响密切相关。

图3 气溶胶铁同位素在不同粒级颗粒间的分配模式

为了查明气溶胶Fe同位素组成在不同粒级颗粒间的分配模式，我们将搜集的同位素数据归类为三个粒级组分，分别是全样、粒径大于2.5 µm（PM＞2.5）和粒径小于2.5 µm（PM2.5）气溶胶。结果表明，δ56Fe比值在不同粒级气溶胶颗粒中呈不同的分配特征，即相比于全样和PM＞2.5的气溶胶，PM2.5中明显富集轻Fe同位素，指示了人为高温燃烧排放对细颗粒Fe的显著影响。

图4 全球尺度下不同时期多粒级组分中Fe的来源占比

MixSIAR同位素模型和Fe同位素示踪剂的结合是高精度解析和量化气溶胶Fe来源的重要手段。然而，已有研究由于忽略了具有重Fe同位素特征的燃煤端元，从而导致了气溶胶Fe来源解析存在很大的不确定性。因此，本综述基于Fe同位素数据及其差异性将气溶胶Fe端元及其δ56Fe值重新分类为自然粉尘源（δ56Fe=0.09±0.03‰）、燃煤（δ56Fe=0.46±0.16‰）和金属冶炼+汽车尾气（δ56Fe=-2.9±1.3‰）。结合MixSIAR模型评估结果表明燃煤是半球尺度下气溶胶Fe的主导人为来源。

作者介绍

魏婷，助理研究员，中国科学院西北生态环境资源研究院, 研究方向为冰冻圈环境。主持国家自然科学基金青年基金项目、博士后科学基金面上等项目5项，以第一/通讯作者发表SCI论文12篇，主要发表在ESR、EST、JGR-Atmosphere、GPC、EP等期刊。入选中科院西北研究院第二期“西部突出贡献人才”计划，获2020年度中科院院长优秀奖、2019年度博士研究生国家奖学金和2019年度卢嘉锡优秀研究生奖等。

通讯邮箱：weiting@lzb.ac.cn

董志文，教授，博士生导师。中国地质大学（武汉）地理与信息工程学院，国家优秀青年科学基金获得者，研究方向为冰冻圈环境地球化学和地表过程。主持国家自然科学基金项目、中科院项目、以及甘肃省重点基金等项目10多项，发表第一/通讯作者SCI论文50多篇，主要发表在ESR，EST，GRL，JGR，JHM等期刊。获甘肃省自然科学奖一等奖（2023）和甘肃省自然科学三等奖（2020），2014年度“中科院优秀博士学位论文奖”，入选中国地质大学地大学者“学科骨干”、甘肃省领军人才、以及中科院特聘研究员骨干岗位等。

通讯邮箱：dongzhiwen@lzb.ac.cn