多數海洋學家曾想當然爾地認為，在世界海洋通稱為高養分、低葉綠素區 (HNCL)的海域中，促使浮游生物罕見密集孳生所需的鐵質，近乎完全來自被風吹起的塵埃。目前美國能源部所屬勞倫斯柏克萊國家實驗室(the Department of Energy`s Lawrence Berkeley National Laboratory)地球科學部門(the Earth Sciences Division)的Phoebe Lam及James Bishop已經證實，至少在北太平洋實際並非如此。
在即將出版的《地球物理研究通訊》期刊中，Lam(伍茲霍爾海洋學研究所(the Woods Hole Oceanographic Institution)的生物地球化學家兼柏克萊實驗室的客座研究員)及Bishop(地球科學的海洋學家兼加州大學柏克萊分校地球暨行星科學系教授)報告說：於北太平洋西部的鐵質主要來源並非塵埃，而是堪察加半島(the Kamchatka Peninsula)及千島群島(the Kuril Islands)由火山作用造成的陸緣(the volcanic continental margins)。
鐵質會影響氣候變化？
在推測氣候變化上，瞭解於高養分、低葉綠素海域自然存在之鐵質的來源、輸送機制及宿命是重要的。譬如，儘管是以未經充分驗證之臆說為基礎的人工施鐵肥計劃，也期盼能藉由刺激浮游生物密集孳生來吸收大氣中的二氧化碳並貯藏於海洋中，以達到降低溫室氣體的目的。使浮游植物能加以利用硝酸鹽的是鐵質；沒有鐵質，此些植物無法享用往往於高養分、低葉綠素海域極為充裕的氮源，而屬亞北極的北太平洋(the Subarctic North Pacific)是世界三大此類海域之一。
Bishop宣稱：於遼闊的海洋中，此類似生物泵(biopump)的植物需攫取所有能攫取到的鐵質。於海洋中，兩個經確認的鐵質自然來源是大氣中的塵埃及來自海底下的上湧物。他們於北太平洋探究過的地方，發現了第三種重要的新來源，也就是陸緣。因而鐵質在海洋碳循環上的角色準則有待修正。
在Bishop首度親自進行活動中的塵埃觀測之前，風吹起塵埃的鐵質肥沃理論一向沒有直接可充當證據的支持。於2001年春天，兩具自動化的碳探測器浮筒(Carbon Explorer floats)在一次通過的風暴沉積了來自中國戈壁沙漠富含鐵質的塵埃後，記錄了北太平洋上層水域中浮游植物的迅速成長。該碳探測器是由Bishop與斯克利普斯海洋學研究所(the Scripps Institution of Oceanography)的同僚們所設計；此些探測器藉由衛星無線電傳回的測定，首次記錄了風吹起的陸上塵埃促進水生植物的成長。
不過Bishop宣稱：這兩碳探測器所發現的浮游生物密集孳生僅維持兩星期，這引發了諸多攸關此輸送機制實際有多重要的問題。
2001年，Lam開始分析5年前Bishop於北太平洋東部收集的樣本時，引發了更多疑惑。1996年2月，於冬季惡劣天氣中一次罕見的轉變，使Bishop得以部署多組件式的大容量過濾裝置(Multiple Unit Large Volume Filtration System：MULVFS)，這是在研究船側面由纜繩降下的收集器陣列。MULVFS帶回的是含有鐵質，外加亞北極太平洋東部(the Estern Subarctic Pacific)中浮游生物於嚴寒、陰暗之仲冬日子裡茁壯孳生的證據。
那年2月，並無沙塵暴將陸上鐵質攜往北太平洋，及來自海底下上湧或過去沉積的塵埃證據。此些鐵質的來源，唯獨陸緣是符合邏輯的。
在發表於2006年的論文中，Lam、Bishop及其同僚們斷言，此些鐵質應當來自離上述仲冬發現浮游生物茁壯孳生處，西北方900公里的阿留申群島(the Aleutian Islands)陸緣。鐵粒子及可溶性鐵質循著一層深約100到150米、濃度較高的水域被攜帶到那裡，及暴風雨的向上攪動，而使其成為近海面之浮游生物於隆冬中茁壯孳生的原因。
最近Lam及Bishop於北太平洋高養分、低葉綠素海域的鐵質研究，著重於向西數千公里的區域。他們使用了，在由伍茲霍爾海洋學研究所科學家們所領導之全球海洋垂直輸送計劃(Vertical Trnsport in the Global Ocean project)的巡航期間，於2005年夏末以MULVFS收集的樣本。此次巡航集中於亞北極太平洋西部(the Western Subarctic Pacific)一處離堪察加半島南方及千島群島東方數百公里的海域。
雖然該海域確實比亞北極太平洋東部(the Eastern Subarctic Pacific)具有較高的生物生產力，不過如同其他高養分、低葉綠素的海域，該海域具有相較於此類富含養分之海域所被預期低的生物量(biomass)。該海域也具有較高的鐵質濃度，傳統上認為是因該海域鄰近亞洲塵暴源，因亞洲塵暴源在此些海域沉積的塵埃三倍於亞北極太平洋東部。
鐵質來自火環
此外，Lam及Bishop在此海域下方發現微粒狀的鐵質，濃度於100到200米間的深處達到高峰。而此些濃密比在亞北極太平洋東部所發現的高6倍。此化學物質是種無償讓予物；此些鐵是被「還原的」，也就是說，具有的氧比來自地球表面，較適合被通稱為塵埃的氧化鐵樣本少。如同從地球地幔被帶上來的物質，此些富含鐵的樣本很多未曾經受風化過，其實此些是在堪察加半島及千島群島大陸棚所發現的玄武岩特性，而堪察加半島及千島群島大陸棚是由火山作用造成之太平洋火環(the Ring of Fire：地震與火山爆發頻繁的地區)的一部分。
要可供浮游植物取用，鐵必需溶解，而來自島弧沉積物之矽酸鹽中的還原鐵比塵埃中的鐵質更易於溶解。如同於亞北極太平洋東部，Lam及Bishop在亞北極太平洋西部發現的微粒鐵，也集中於從海洋邊緣依循密度躍層(pycnocline)行進的深度。上湧或垂直的混合能使在此些深度的陸緣鐵質濃度，易於供浮游生物取用。
來自塵埃及陸緣之生物可利用鐵質(能促進浮游生物成長的鐵質)的保守估量導致Lam及Bishop斷言，他們在此海域發現的生物可利用鐵質至少有55%(也可能更多)來自附近由火山作用造成的陸緣。
Lam宣稱：以僅簡易估量證實了，至少源自海面下大陸棚的鐵質與來自空氣傳送的鐵質一樣重要為例，她們懷疑這是海洋中其他相似海域的鐵質來源狀況。
Lam及Bishop的研究發現具有遠超出校正了於高養分、低葉綠素海域中鐵質來源估計量的意涵。
Bishop宣稱：只要檢視圖像及細想如火山作用與其影響海洋生物的地球化學進展過程(也就是如已發生中的氣候變得更暖和、冰河融化及陸緣急劇改變)，人們對於此些變化如何影響海洋生產力及其貯藏大氣碳之能力的瞭解顯然極為鮮少。在人們開始以大規模、商業性施鐵肥來擺佈海洋之前尚需進行大量的科學研究。自然鐵質及相關元素引發的生物反應，似乎顯著不同於迄今諸多施肥實驗中所發現的反應。而知道其原因是有益的。
由Lam及Bishop撰寫的「陸緣是北太平洋高養分、低葉綠素海域鐵質主要來源」一文，將發表於近期的《地球物理學研究通訊》(Geophysical Research Letters)期刊。
原文網址：
http://www.lbl.gov/Science-Articles/Archive/ESD-NP-iron.html
翻譯：peregrine