一項近日發(fā)表于美國《國家科學院院刊》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。
美國阿拉斯加州北極國家公園里鐵銹色的庫圖克河鳥瞰圖。圖片來源：Ken Hill /美國國家公園管理局
研究指出，相比于4℃的水，-10℃的冰從常見礦物中溶解出的鐵更多。這挑戰(zhàn)了長期以來“極寒環(huán)境會減緩化學反應”的觀念。“這聽起來可能不合直覺，但冰并不是被動的。”論文通訊作者、瑞典于默奧大學的Jean-Fran?ois Boily 表示，“結冰時，冰晶之間會產生微小的液態(tài)水囊。這些水囊就像化學反應器，化合物在其中濃縮且酸性極強。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。”
為理解這一過程，研究人員利用先進的顯微鏡和實驗技術，研究了針鐵礦與一種天然存在的有機酸。他們發(fā)現(xiàn)，反復的凍融循環(huán)使鐵的溶解效率更高。隨著冰的凍結和融化，先前被困在冰中的有機化合物被釋放出來，引發(fā)進一步的化學反應。鹽度也起著關鍵作用，淡水和微咸水會促進溶解，而海水則會抑制溶解。
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物相互作用的酸性冷凍環(huán)境。Boily 實驗室下一步計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、于默奧大學的Angelo Pio Sebaaly 說，“每個循環(huán)都會將鐵從土壤和永久凍土中溶解到水里。這可能會大范圍影響水質和水生生態(tài)系統(tǒng)。”
研究結果表明，冰并非一種被動的儲存介質，而是一個活躍的參與者。隨著極地和山區(qū)的凍結與融化事件增加，冰對生態(tài)系統(tǒng)和元素自然循環(huán)的影響可能非常重大。
相關論文信息：https://doi.org/10.1073/pnas.2507588122
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