北極河流“生銹”原因可能在于冰
一項(xiàng)近日發(fā)表于美國(guó)《國(guó)家科學(xué)院院刊》的研究表明，冰比液態(tài)水更能有效溶解鐵礦物。這一發(fā)現(xiàn)可能有助于解釋為何在氣候變暖導(dǎo)致永久凍土融化的情況下，許多北極河流正在變成鐵銹色。
美國(guó)阿拉斯加州北極國(guó)家公園里鐵銹色的庫(kù)圖克河鳥瞰圖。圖片來(lái)源：Ken Hill /美國(guó)國(guó)家公園管理局
研究指出，相比于4℃的水，-10℃的冰從常見(jiàn)礦物中溶解出的鐵更多。這挑戰(zhàn)了長(zhǎng)期以來(lái)“極寒環(huán)境會(huì)減緩化學(xué)反應(yīng)”的觀念?！斑@聽(tīng)起來(lái)可能不合直覺(jué)，但冰并不是被動(dòng)的。”論文通訊作者、瑞典于默奧大學(xué)的Jean-Fran?ois Boily 表示，“結(jié)冰時(shí)，冰晶之間會(huì)產(chǎn)生微小的液態(tài)水囊。這些水囊就像化學(xué)反應(yīng)器，化合物在其中濃縮且酸性極強(qiáng)。這意味著即使在-30℃的低溫下，它們也能與鐵礦物發(fā)生反應(yīng)。”
為理解這一過(guò)程，研究人員利用先進(jìn)的顯微鏡和實(shí)驗(yàn)技術(shù)，研究了針鐵礦與一種天然存在的有機(jī)酸。他們發(fā)現(xiàn)，反復(fù)的凍融循環(huán)使鐵的溶解效率更高。隨著冰的凍結(jié)和融化，先前被困在冰中的有機(jī)化合物被釋放出來(lái)，引發(fā)進(jìn)一步的化學(xué)反應(yīng)。鹽度也起著關(guān)鍵作用，淡水和微咸水會(huì)促進(jìn)溶解，而海水則會(huì)抑制溶解。
這些發(fā)現(xiàn)主要適用于酸性環(huán)境，如礦井排水區(qū)、大氣中的凍結(jié)塵埃、波羅的海沿岸的酸性硫酸鹽土壤，或任何有鐵礦物與有機(jī)物相互作用的酸性冷凍環(huán)境。Boily 實(shí)驗(yàn)室下一步計(jì)劃查明這是否適用于所有的含鐵冰。
“隨著氣候變暖，凍融循環(huán)變得更加頻繁。”論文第一作者、于默奧大學(xué)的Angelo Pio Sebaaly 說(shuō)，“每個(gè)循環(huán)都會(huì)將鐵從土壤和永久凍土中溶解到水里。這可能會(huì)大范圍影響水質(zhì)和水生生態(tài)系統(tǒng)。”
研究結(jié)果表明，冰并非一種被動(dòng)的儲(chǔ)存介質(zhì)，而是一個(gè)活躍的參與者。隨著極地和山區(qū)的凍結(jié)與融化事件增加，冰對(duì)生態(tài)系統(tǒng)和元素自然循環(huán)的影響可能非常重大。
相關(guān)論文信息：https://doi.org/10.1073/pnas.2507588122
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