南极阿蒙森海的铁来源以环极深海水和大陆冰下来源为主

为什么融化的南极冰对海洋生命至关重要

远非无生命的白色沙漠，南极周边海域是地球气候和海洋食物网的重要引擎。微小的漂浮植物——浮游植物——从空气中吸收二氧化碳，养活磷虾到鲸鱼等生物，但它们只有在获得足够的一种关键微量营养素：铁时才能繁荣。这项研究提出了一个看似简单却意义重大的问题：在变暖的世界里西南极冰加速融化时，为附近海洋生命提供铁的实际来源是什么？

冰下的隐蔽“高速公路”

研究聚焦于阿蒙森海的多特森冰架（Dotson Ice Shelf），这是西南极最迅速消融的区域之一。被称为改良环极深海水（mCDW）的温暖、盐度较高的海水沿海底爬行进入陆架并滑入浮冰下的空腔。在那里它从下方向冰体融化、携带新鲜融水，并以一种浮力驱动的“融水泵”流出向外海。研究团队以船载仪器精确绘制了深层入流进入空腔的位置以及较轻融水何处流出，使他们能够比较进入与流出水体的化学成分。

用化学指纹追踪铁

为理解铁的来源与输运，科学家测量了溶解态铁——可被生物直接利用的微小离子和纳米颗粒——以及悬浮颗粒中封存的铁。同时他们分析了溶解态铁的同位素“指纹”，即轻铁与重铁原子比例的微小变化，这能揭示铁的生成过程。通过对入流和出流层的测量求平均，他们能看出在空腔内增加了多少铁以及哪些过程对此负责。

深海与隐蔽冰下来源占主导

结果推翻了常见的假设。离开多特森冰架空腔的溶解态铁中，只有大约十分之一可归因于冰川融水本身。大多数溶解态铁——约三分之二——已经存在于进入的深层海水中，另外近三分之一是在该水越过大陆架时从海底沉积物中补充的。然而，出流中溶解铁的化学特征带有明显的同位素信号：它比入流在同位素上更“轻”，这是在缺氧环境中微生物化学还原铁矿物所释放铁的典型标志。

这一特征指向了一个令人意外的融水源主力：并非冰架自身的融化，而是上游着床冰下流动的液态水。在这一埋藏的冰下管网中，水体可能长期停留且氧气含量低，微生物群落能够产生大量带有轻同位素指纹的还原态铁。尽管这种冰下排放在总体水量中只占极小比例，其铁含量却如此之高，以至于掩盖了空腔内冰体融化贡献的影响。

颗粒态铁：缓释的铁供应

虽然来自融水的溶解铁相对有限，但颗粒态铁的情况截然不同。流出水中的颗粒态铁比入流高出近50%，其中包含相当比例的“易溶”组分，这类颗粒化学活性高并能逐步溶解。这些颗粒来源于多种过程：着床区搅动起的沉积物、冰架底部释放的矿物，以及在空腔中被氧化后再沉淀的铁。由于这些颗粒下沉速度慢，它们可以被带出空腔并扩散到邻近的开阔海域，在数周到数月内作为浮游植物的缓释肥料。

对变暖世界的意义

对非专业读者来说，核心信息是：融化的冰架并非简单地“倾倒”铁入海。相反，它们的主要作用更像一个泵，利用新鲜融水的浮力将富含铁的深层海水——以及来自隐蔽冰下储层的铁——推向海洋上层，那里是生命所需之处。随着气候变化继续变暖南大洋并加速冰体损失，这一泵作用可能会增强，从而增加生物可利用铁向邻近水域的输送。因此，要预测南大洋未来的生产力和碳吸收，需要的模型不仅要考虑融化速率，还要捕捉到来深层水的特性、海底的沉积物—水相互作用，以及对南极冰盖之下冰下水道这一尚未充分探索体系的描述。

引用: Chinni, V., Steffen, J.M., Stammerjohn, S.E. et al. Iron supply to the Amundsen Sea, Antarctica is dominated by circumpolar deepwater and continental subglacial sources. Commun Earth Environ 7, 162 (2026). https://doi.org/10.1038/s43247-026-03264-x

关键词: 南大洋铁, 南极冰架, 冰下融水, 阿蒙森海, 浮游植物生产力