近日，自然资源部第二海洋研究所海洋生态系统动力学重点实验室(MED)海洋碳化学研究团队在地学一区Top期刊《Science China Earth Sciences》上发表了题为《Highly reactive iron in Ross Sea surface sediments: Spatial heterogeneity, environmental controls and implications for Antarctic shelf deposition》的研究论文。该研究利用中国南极考察多个航次采集的罗斯海表层沉积物，顺序提取了铁的不同相态，测定了总有机碳(TOC)、总铁(Fe_T)、粒度、比表面积和主量元素，计算了化学蚀变指数(CIA)以定量评估化学风化程度，表征了高活性铁(Fe_HR)含量和组成的空间异质性特征，揭示了化学风化强度、基岩性质与冰川融水输入对Fe_HR特征的协同调控机制，阐明了Fe_HR与TOC的相互作用及其对沉积环境的指示意义。中国地质大学(北京)和我所联合培养的2023级博士研究生黄文浩为论文第一作者，陈建芳研究员和赵军副研究员为通讯作者。

海洋沉积物中的Fe_HR是铁-碳耦合生物地球化学循环的关键驱动因子，但其相态组成与环境调控机制在气候敏感的西南极地区仍缺乏系统认知。该研究表明，罗斯海表层沉积物中Fe_HR含量和组成差异显著。东部的CIA值和Fe_HR/Fe_T比值高于西部的，这受控于低沉积速率对强化学风化形成的细颗粒物质的选择性富集。西南部虽具有研究区域内最低的CIA值，却呈现最高的Fe_HR/Fe_T比值，这意味着火成岩基岩贡献及冰川融水/下降风输入塑造了弱风化环境中的Fe_HR特征。将罗斯海结果纳入全球数据发现，虽然Fe_HR/Fe_T比值与CIA值及Fe_T含量仍呈显著正相关，但罗斯海的空间异质性明显(图1)。这表明化学风化强度仍然是高纬度地区Fe_HR含量和组成的主控因素，也强调了南极地区独特的冰川融水和岩性特征可显著改变局部Fe_HR特征。

图1  全球范围高活性铁相对含量(Fe_HR/Fe_T)与化学蚀变指数(CIA)和总铁(Fe_T)的关系

TOC/Fe_HR比值进一步反映了不同海域迥异的沉积环境特征(图2)。罗斯海西南部和西部的TOC/Fe_HR比值显著高于东部的，表明在罗斯海，相较于Fe_HR含量，初级生产力和沉积物TOC含量是这一比值的主控因素。与南极其他海域比较发现，尽管均具有较高的初级生产力和TOC含量，罗斯海西南部和西部的TOC/Fe_HR比值却显著低于普里兹湾的，这突显了东、西南极海洋沉积物化学风化程度和/或外源Fe_HR输入差异的控制性影响。相反，水深较浅的罗斯海东部却与南大洋深海类似，均具有较低的TOC/Fe_HR比值，这表明罗斯海东部沉积环境可能受控于开阔大洋，呈现强化学风化Fe_HR生成与强TOC再矿化的双重特征。该研究较为全面地揭示了南极不同海域沉积环境的显著差异及其对Fe_HR特征、铁-碳耦合过程的影响，为深入理解极地铁和碳循环提供了新见解。

图2  不同特性沉积物中总有机碳(TOC)含量与高活性铁(Fe_HR)的关系示意图

该研究得到了国家重点研发计划项目(2022YFE0136500)、国家自然科学基金项目(41976228)、国家“南极海洋对气候变化的影响与响应”专项(IRASCC 01-01-02A和02-02)和中国留学基金委项目(201704180017)联合资助。

论文引用：
Huang, W., Zhao, J.*, Guo, X., Li, D., Hu, J., Zhang, H., Zhu, C., Pan, J., Chen, J.*, 2025. Highly reactive iron in Ross Sea surface sediments: Spatial heterogeneity, environmental controls and implications for Antarctic shelf deposition. SCIENCE CHINA Earth Sciences 68, 2253-2266. https://doi.org/10.1007/s11430-024-1592-1
黄文浩, 赵军*, 郭晓泽, 李栋, 胡佶, 张海峰, 朱长凤, 潘建明, 陈建芳*, 2025. 罗斯海表层沉积物中的高活性铁: 空间异质性、环境控制因素及其对南极陆架沉积的指示. 中国科学：地球科学 55, 2329-2343. https://doi.org/10.1360/N072024-0215