北極河流“生銹”原因可能在于冰
一項近日發表于美國《國家科學院院刊》的研究表明，冰比液態水更能有效溶解鐵礦物。這一發現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。這挑戰了長期以來“極寒環境會減緩化學反應”的觀念。“這聽起來可能不合直覺，但冰并不是被動的?！闭撐耐ㄓ嵶髡摺⑷鸬溆谀瑠W大學的Jean-Fran?ois Boily 表示，“結冰時，冰晶之間會產生微小的液態水囊。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。他們發現，反復的凍融循環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。
這些發現主要適用于酸性環境，如礦井排水區、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系統。”
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。隨著極地和山區的凍結與融化事件增加，冰對生態系統和元素自然循環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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