巴布亚新几内亚北部陆源铁输入对西赤道太平洋第四纪生物泵的轨道尺度调控机制

本研究针对西赤道太平洋(WEP)第四纪铁施肥(Fe fertilization)动态这一关键科学问题，通过分析巴布亚新几内亚(PNG)陆坡沉积岩芯KX12-1的高分辨率地球化学记录，揭示了5°S区域1-3月日照量变化通过调控PNG北部侵蚀-风化-铁输入过程，进而影响海洋生物泵及CO2封存的全链条机制，为理解ENSO(厄尔尼诺-南方涛动)背景下铁介导的碳循环反馈提供了新证据。

　　

【研究背景】
赤道太平洋如同地球气候系统的"呼吸器官"，其生物泵效率直接调控着大气CO₂浓度。在这个生态剧场中，铁(Fe)扮演着"导演"角色——作为限制性营养元素，它控制着硅藻等浮游植物的演出规模，进而影响有机碳(POC)和无机碳(PIC)的沉降封存。然而科学界长期困惑的是：巴布亚新几内亚(PNG)这个"铁肥料工厂"如何通过季风降雨将陆地铁质搬运入海？这些铁元素又如何在西赤道太平洋(WEP)的碳循环中掀起波澜？

【研究方法】
中国科学院团队对PNG北部陆坡1568米水深处获取的771cm岩芯KX12-1展开多指标分析：1）X射线荧光扫描获取Ti/Ca、Fe/Ca等元素比值；2）硅质碎屑组分的Sr-Nd同位素示踪物质来源；3）生物硅(BSi)含量重建生产力；4）氧化还原敏感元素(Mo/U)反映底层水缺氧状态。结合已有年龄模型（基于浮游有孔虫δ¹⁸O和AMS ¹⁴C测年），构建了27.5万年来高分辨率记录。

【研究结果】

1. 沉积物来源与侵蚀-风化动力学
   硅质碎屑组分的ε_Nd值(-3.9至-6.2)与现代Sepik河流沉积物高度吻合，Sr-Nd同位素混合模型显示PNG陆源贡献超80%。化学风化指标(CIA、Rb/Sr)与Fe/Ca呈显著负相关(R=-0.87)，证实强风化期铁释放增强。

2. 轨道尺度铁施肥机制
   所有指标均显示显著的2.3万年岁差周期，与5°S 1-3月日照量变化同步。高日照期对应：PNG降雨增加→侵蚀速率提升40%→陆源铁输入翻倍→BSi含量升高35%→POC埋藏通量增加50%。

3. 碳循环效应
   La Ni?a-like时期，增强的铁输入使WEP成为CO₂汇，大气CO₂消耗量达20-30ppm。Mo/U比值显示底层水缺氧事件与铁施肥高峰存在500-800年延迟，反映有机质降解耗氧过程。

【结论与意义】
该研究首次完整揭示了PNG"铁-碳泵"的轨道尺度驱动机制：岁差周期调控的日照量→季风降雨→陆源铁输入→生物泵效率→碳封存。这一发现不仅解释了第四纪WEP碳循环的周期性波动，更预示未来连续La Ni?a事件可能通过增强铁施肥效应，抵消约5-8%人为温室效应。论文发表于《Global and Planetary Change》，为地球工程铁施肥方案提供了自然实验范本。