給我半艘船的「鐵」,我給你下個冰期??

Storyteller/玩石碎碎念

二氧化碳是一個頗負盛名的溫室氣體,科學家利用冰芯中的氣泡測得過去大氣二氧化碳的濃度後,發現它與溫度有極高的相關性。自工業革命以來,人類排放大量二氧化碳至大氣當中,這可能導致全球暖化、海平面上升等問題,因此如何將大氣中的二氧化碳移除,成為人類面臨的一大挑戰。

提出「鐵學說」的海洋學家John Martin曾表示“Give me a half tanker of iron and I’ll give you an ice age!”

如果這句話真的正確的話,我們是否就不需要擔心全球暖化的問題呢?

 

「鐵學說 」與證據

縱觀全球海域,有一些區域具有「高營養鹽、低葉綠素」(high-nutrient, low chlorophyll)的特色,包括:南極海、赤道太平洋及亞北極太平洋。這些海域由於湧升流等原因造成表層海水有充足的營養鹽及二氧化碳,但是因為缺乏光合作用所需的微量元素-「鐵」,導致生物沒有足夠的能力消耗這些營養鹽及二氧化碳,這些未被消耗的二氧化碳就會跑到大氣當中。所以如果我們可以增加此區表層海水中的鐵元素,促進生產力上升,即有可能減少二氧化碳逸散至大氣當中,並且隨著生物死亡後沉降,二氧化碳將由大氣轉移至深海。Martinez-Garcia 和他的夥伴在2014年發表的論文中提到,在過去大氣二氧化碳含量較低的冰期,含鐵豐富的粉塵大量增加,而亞南極海域的生產力也確實上升,因此Martinez-Garcia等人認為鐵元素的增加確實可以減少大氣中的二氧化碳。在2016年,Costa等人卻發現中赤道太平洋的生產力在冰期卻是下降的,這打破了鐵元素注入可以減緩全球暖化的假說。

圖一、表層海水硝酸鹽濃度Data from the Levitus World Ocean Atlas 1994

 

「鐵學說」推翻?

藻類的生長,需要多種營養物質以適宜的比例存在。Costa等人認為由於海水是會流動的(海流等等),所以若藻類在某區域因單一鐵元素的增加而大量生長的話,有可能消耗其它營養元素(如硝酸鹽和磷酸鹽);當該區的海水循環到下一個區域時,硝酸鹽和磷酸鹽則變為相對稀少元素(圖二),即使鐵元素增加也無法進一步促進生產力。

圖二、a. 現代南極海,由於鐵元素不足導致藻類生少,營養鹽消耗少,藉由中層洋流帶至赤道的海水有豐富的營養鹽(黑色箭頭),使赤道太平洋地區藻類生長較多。b. 上次冰期,南極海鐵元素來源增加,導致藻類生長增加,營養鹽消耗多,藉由中層洋流帶至赤道的海水營養鹽減少(透明箭頭),使赤道太平洋地區藻類生長減少。

由此可知鐵元素增加的確可以增加某些海域的生產力,並且儲藏一定量的二氧化碳至深層海洋,但其影響力是否足以造成冰期並解決全球暖化,仍值得進一步研究。所以大家就不要急著要把家裡的鐵鍋、鐵碗丟到大海裡囉!

參考資料:

Martínez-García, A., D. M. Sigman, H. Ren, R. F. Anderson, M. Straub, D. A. Hode, S. L. Jaccard, T. I. Eglinton, G. H. Haug,  Iron Fertilization of the Subantarctic Ocean During the Last Ice Age: Science, v. 343, p.1347-1350.2014

Costa, K. M., J. F. McManus, R. F. Anderson, H. Ren, D. M. Sigman, G. Winckler, M. Q. Fleisher, F. Marcantonio and A. C. Ravelo, No iron fertilization in the equatorial Pacific Ocean during the last ice age. Nature v.529, p.519-522.2016