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 · 5 月前

主要观点总结

本文研究全球尺度下气溶胶铁同位素的时空分布特征以及在不同粒级间的分配模式，并结合MixSIAR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。研究揭示了气溶胶δ56Fe比值的时空变化特征，发现燃煤是半球尺度下气溶胶Fe的主导人为来源。

关键观点总结

关键观点1: 气溶胶铁同位素的时空分布特征

研究发现气溶胶δ56Fe比值在空间上从冰川到海洋再到城市地区呈现明显的降低趋势，时间上非沙尘期明显低于沙尘期，且伴随着较大的同位素变率。

关键观点2: 气溶胶铁同位素在不同粒级颗粒间的分配模式

研究指出相比于全样和P M ＞2.5的气溶胶，PM 2.5中明显富集轻Fe同位素，这指示了人为高温燃烧排放对细颗粒Fe的显著影响。

关键观点3: 气溶胶铁来源的量化分析

结合MixSIAR模型和Fe同位素示踪剂，研究发现燃煤是半球尺度下气溶胶Fe的主导人为来源。

关键观点4: 研究团队与贡献

该研究由中国地质大学（武汉）董志文教授团队联合中国科学院西北生态环境资源研究院等多家单位共同完成。研究团队在气溶胶铁同位素研究领域取得了重要进展，相关研究成果以论文形式发表。

正文

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