【华体会最新】海洋学院张瑞峰课题组发表研究成果，探讨冰川融水铁向高纬度大洋的输送——从冰川风化到峡湾过程

铁对海洋中的许多关键生命过程起到重要作用，限制了世界上约40%海表面积的海洋初级生产力。全球气候变化背景下，随着冰川加速融化，冰川融水对海洋中铁储库的贡献受到关注。但是，已报道的冰川融水铁通量的估算值差异高达三个数量级。冰川融水铁与风化的关系和入海过程的影响因素缺乏研究。为此，上海交通大学海洋学院张瑞峰课题组调查了北极斯瓦尔巴的王湾（Kongsfjorden）及其附近新奥尔松（Ny-Ålesund）地区的多座冰川（图1），讨论了冰川融水铁从冰川端元输送进入海洋过程中的影响因素，估算了融水向海洋输送的铁通量，为认识融水铁通量对气候变化和冰川退缩的响应提供观测数据和理论支撑。

图1. 采样站位图

课题组于2015年8月在北极斯瓦尔巴德黄河站所在的新奥尔松周边采集样品，涵盖冰缘融水、冰前融水、冰上融水、冰内融水及地下水，测定了水样中的痕量金属、常量离子等指标（图1）。结果显示，常量离子受化学风化强度和类型控制，痕量金属则同时受化学风化及物理化学因素影响。具体地，Brøggerbreen冰川以碳酸盐风化为主，而Austre Lovénbreen冰川和Pedersenbreen冰川主要以硫化物氧化协同碳酸盐风化为主，并伴随着双倍的硅酸盐风化。冰上融水中痕量金属的富集度高于冰缘和冰前融水，表明人类活动的大气沉降的输入信号。主成分分析表明，冰缘和冰前融水中的Fe与化学风化之间无显著关系，受到多样的自然来源、物理化学过程等因素的影响（图2）。而Cr、Al、Co、Mn和Cd与化学风化有关。在冰川加速退缩的背景下，冰川释放的部分化学成分将因风化类型和强度的变化而发生改变。

图2.  (a) 新奥尔地区冰川融水化学成分的主成分分析结果。(b) 新奥尔地区冰川融水痕量金属的聚类分析结果

课题组于2012年8月对王湾的表层海水和从湾内到湾口的断面进行了采样，分别测定了Fe、Al、铁的稳定同位素（δ⁵⁶Fe）和其他生化参数（图1）。在王湾表层水中，外峡湾南岸的入流水中的Fe浓度较低，而内部及中部峡湾和外峡湾北岸的出流水中的Fe浓度较高。Fe在王湾的分布与峡湾中环流的一致性，以及Fe与盐度之间的线性关系表明，冰川融水输入和峡湾环流共同调控王湾中Fe的分布（图3）。与Al和盐度强相关不同的是，Fe与盐度之间的相关性较弱，表明Fe可能受到峡湾内复杂过程的影响，推测王湾表层水中Fe的短暂的停留时间约为几天至一周。

王湾中Fe的平均δ⁵⁶Fe值为0.08 ± 0.19‰（n = 6）。根据湾外入流水和冰川融水混合的二元混合模型，本研究得到冰川融水由峡湾输入海洋的δ⁵⁶Fe特征指纹值为0.1‰~0.3‰（图4）。王湾海水中计算得到的冰川融水端元的Fe同位素值和王湾附近冰川融水的一致，表明冰川来源的Fe在经历峡湾修饰后，其同位素未发生明显分馏。

图3. 溶解态铁与盐度以及溶解态铝与盐度的回归分析

图4. 王湾中δ⁵⁶Fe与溶解态铁浓度的关系

本研究得到了国家自然科学基金（编号42076227、41676175和41276202）、上海市基础研究特区计划（编号21TQ1400201）、上海市极地前沿科学研究基地（SCOPS）和国家极地考察办公室的资助。

论文来源及链接：

[1] Shen, Z.#, Ye, L.#, Zhang, J., Ma, H., Zhang, R.*, 2024. Major ions and trace metals in glacial meltwaters nearby Ny-Ålesund, Svalbard. Acta Oceanologica Sinica. http://www.aosocean.com/en/article/doi/10.1007/s13131-024-2385-9

[2] Shen, Z., Zhang, R.*, Ren, J., Marsay, C., Zhu, Z., Wu, Y., Zhang, J. & John, S., 2024. Distribution of dissolved aluminum and dissolved iron in Kongsfjorden: a glacial fjord in the Arctic. Marine Chemistry, 263–264: 104399. https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0304420324000501