北极河流“生锈”原因可能在于冰

一项近日发表于美国《国家科学院院刊》的研究表明，冰比液态水更能有效溶解铁矿物。这一发现可能有助于解释为何在气候变暖导致永久冻土融化的情况下，许多北极河流正在变成铁锈色。

美国阿拉斯加州北极国家公园里铁锈色的库图克河鸟瞰图。图片来源：Ken Hill /美国国家公园管理局

研究指出，相比于4℃的水，-10℃的冰从常见矿物中溶解出的铁更多。这挑战了长期以来“极寒环境会减缓化学反应”的观念。“这听起来可能不合直觉，但冰并不是被动的。”论文通讯作者、瑞典于默奥大学的Jean-Fran?ois Boily 表示，“结冰时，冰晶之间会产生微小的液态水囊。这些水囊就像化学反应器，化合物在其中浓缩且酸性极强。这意味着即使在-30℃的低温下，它们也能与铁矿物发生反应。”

为理解这一过程，研究人员利用先进的显微镜和实验技术，研究了针铁矿与一种天然存在的有机酸。他们发现，反复的冻融循环使铁的溶解效率更高。随着冰的冻结和融化，先前被困在冰中的有机化合物被释放出来，引发进一步的化学反应。盐度也起着关键作用，淡水和微咸水会促进溶解，而海水则会抑制溶解。

这些发现主要适用于酸性环境，如矿井排水区、大气中的冻结尘埃、波罗的海沿岸的酸性硫酸盐土壤，或任何有铁矿物与有机物相互作用的酸性冷冻环境。Boily 实验室下一步计划查明这是否适用于所有的含铁冰。

“随着气候变暖，冻融循环变得更加频繁。”论文第一作者、于默奥大学的Angelo Pio Sebaaly 说，“每个循环都会将铁从土壤和永久冻土中溶解到水里。这可能会大范围影响水质和水生生态系统。”

研究结果表明，冰并非一种被动的储存介质，而是一个活跃的参与者。随着极地和山区的冻结与融化事件增加，冰对生态系统和元素自然循环的影响可能非常重大。

相关论文信息：https://doi.org/10.1073/pnas.2507588122