地化所在污染河流铁同位素研究中取得进展

2014-2-20 10:25 来源: 中国科学院
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  铁是生物生命必需元素,因此准确判定从陆地到海洋输送的铁的通量及其同位素组成对深入了解全球铁生物地球化学循环及其对海洋生物初级生产力的影响至关重要。相对于被广泛研究的背景区大型河流如亚马逊河,备受人类活动干扰的中小规模流域中铁同位素研究还非常有限。

  中国科学院地球化学研究所研究员陈玖斌及其合作者首次对典型污染河流——法国塞纳河中颗粒态和溶解态铁同位素进行了系统研究。对流域空间和巴黎采集的时间两大系列样品进行的地球化学分析表明,铁主要以颗粒态形式被输送到海洋,占总通量的99%。相对于河床史前沉积物,颗粒态样品都具有较高的铁富集因子(平均140%),预示了明显的人类活动干扰。此前,作者对同一河流研究已表明,Zn同位素是河流重金属污染的有效示踪剂(Chen et al., 2008, EST; 2009, GCA)。此研究发现,颗粒态铁和锌呈明显正相关,再次验证了铁的人为贡献。然而,不同于变化较大的锌同位素组成,颗粒态铁同位素(δ56Fe)变化不大(-0.05 - 0.09‰), 说明污染源与自然源铁同位素组成相似。相反,溶解态δ56Fe变化范围却很大(-0.60 - 0.06‰),表明了其在源示踪方面具有更大的应用价值。尤为重要的是,溶解态铁和锌同位素呈线性相关,表明人为源和自然源对铁的共同贡献,同时,溶解态铁同位素与有机物含量正相关,说明有机物是自然源溶解态铁的主要载体, 而人为源中铁可能主要以硫化物或铁(氢)氧化物络合体形式存在。

  此研究表明,污染河流会向海洋额外输送铁,这个铁的通量完全可以用铁结合锌同位素进行共同示踪,这些人为排放的铁可能会增强海洋生物初级生产力,并最终影响全球碳循环进而相应的气候变化。研究还表明,同大气颗粒沉降和海底热液输入一样,污染河流的输入也不具有重的铁同位素富集的特征,因此,海洋内生物作用可能是海水铁同位素组成偏高的主要原因。这一研究也表明多同位素体系共同示踪在表生地球化学研究中的重要意义。

  相关成果发表在国际刊物Geochimica et Cosmochimica Acta上(Chen et al., Iron isotopes in the Seine River (France): Natural versus anthropogenic sources, 2014, 128, 128-143)。