还好我没用人人，还好我没用微博，还好我半个小时就发现。知道我的人都了解我只会用这个空间来发日志。而且我不会天然呆的一连发出几个“哈”。虽然我也曾经怂恿过这种行为，但我依然为之不齿。不知道我在说什么的无视之，谢谢关心我的人。狗狗，我的龟壳没丢，还是那个红色的，因为我依然跑的很快。引用博雅的一句话吧：我现在还是健康快乐，无忧无虑的活着。两个月没更新东西了。帖篇习作上来，聊胜于无。
铁假说二三事
Something about and against the iron hypothsis
09级海洋化学班 林辉 id：22320092201030
“Give me a half tanker of iron, and I willgive you an ice age.”这是著名的美帝海洋学家囧-马丁在“树洞海洋研究院”(woods hole oceanography institution)的一个讲演里说的一句惊为天人的话。其实这句话的名声在外并不在于它对海洋学或者全球气候变暖的研究贡献有多大，抑或是揭示了怎样一个根本没人知道的大道理。这句话好就好在——模仿的好。似乎这类大科学都要有这种语不惊人死不休的言论，所以我们敬爱的亚里士多德老先生就给囧先生一个非常好的先例。“Give me a fulcrum, and Ishall move the world。”太完美了。用“a half tanker of iron”代替“a fulcrum”，用“ice age”代替“move the world”，太完美了。
以上只是调侃一下铁假说的提出者John Martin而已，并无其他恶意。我今天的这篇小作文也与他和他提出的理论有着莫大的关系。鉴于我这几天看了太多次他的名字，所以我就想调戏调戏他名字。一来我觉得John这个外国满大街都是，一抓一大把的，无论是当姓或者当名都挺好用英文单词，翻译成——约翰，实在让我想吐槽中国早期的翻译家水平，而且还居然把这样汗颜的翻译一直传承下来了。二来我觉得“囧”这个字非常切合翻译的三大原则。首先它完美的贴合John的发音，此谓“信”也。其次，我可以随便列举出五个在NBA打球，或者是教练，或者是专栏写手什么的名字里面有John的。当你在美国的闹市区或者是华尔街随便喊一声John，不知道会有多少人齐刷刷的回头，向你投来“你在叫我么？”的眼神，这时候，你不会觉得很“囧”么，此谓“达”也。最后，作为拥有五千年传统文化的中国，创造出这么个传神又动人的字，你不觉得不把它用在名字上太可惜了么？此谓“雅”也。集合了 “信达雅”这三大原则，我觉得“囧”这个翻译比“约翰”好上千千万万倍，正如“铁悖论”比“铁假说”好上千千万万倍一样。
好，废话完了两段，正式开始我的文章。要了解“铁悖论”，就得先了解“铁假说”。这就得从所谓的“HNLC海区”说起。“HNLC海区”就是所谓的“高营养盐低叶绿素海区”。从海洋专门化实验课我们知道，叶绿素b和叶绿素c不是每种海洋浮游植物都会在体内产生，但是叶绿素a是所有浮游植物都会有的，（因为它们毕竟要光合作用嘛）所以叶绿素a可以用来代表海洋中的初级生产力。因而这一类海区就代表着其中的营养盐水平很高，但是初级生产力不高，整个生物量不大。这一类海域包括了几个地方。空口无凭，用图片表示。
上面这幅彩图表示的是Conkright 等在1994做的世界主要大洋营养盐分布的图片。打印出来的可能看不太明白，要看电子版的才清楚。这里解释一下，HNLC海区主要在南北极还有就是太平洋东部的“一条从南美伸出来的海水带”。这条东太平洋的“海水带”主要是因为秘鲁的上升流带出了海底的丰富营养盐，随着南赤道流流向西边。
上面这张图是叶绿素的分布图。很显然，在南大洋和东太平洋，叶绿素都低的可怜。尤其是在东太平洋海域。于是有研究就认为这类海域中必然存在某些限制因子限制了海洋中浮游植物的生长和繁殖。举个例子，1931年，Gran就提出了这些海域，铁是一个重要的限制因子，但是因为名气小，他的研究没有得到业界的重视。看来在这个行业，名气还是很重要的，名人说出的话重如泰山，比如说亚里士多德，比如说马丁。无名小卒提出的即使是真理，也还是需要时间的打磨。过了快60年，直到1990年，南极科考采回来的冰芯揭示出了一个鲜为人知的秘密。请看下图。
简单阐述一下这张图，底横坐标表示的是冰芯的深度，我们知道南极的冰雪都是一年一年堆叠上去的，所以翻译过来可以说是，随着深度的加深，距今的年代越来越久远。顶横坐标就表示冰的年龄，可以看出都是在万年的尺度上讨论的。左边纵坐标表示的是CO2在冰芯中的含量，右边纵坐标表示的是铁的在冰雪中的含量。虚线是CO2，实线表示的是铁。可以很明显的看出，二氧化碳和铁的浓度存在一定的负相关关系。通过这张图，马丁大神提出了铁假说，以及文章开头的那句名言。
这边插播一下马丁大神的一小则简介：1935年，他生于康涅狄格州的Old Lyme，他把他的一生都奉献给了海洋事业。1993年因不幸患上前列腺癌，享年58岁。很可惜，天妒英才，他没有看到第一次施铁实验的结果就匆匆离去了。但他为我们留下的是拯救全球气候变暖的一种方法，一个可能的途径。我们还是要感谢他。
既然说到“施铁实验”，那我们就继续往下走。都说实践是检验真理的唯一标准，实践才能出真知。所以有人提出假说就会有人想要去检验假说。在附表中有我整理的各次施铁实验的年份，简写，地点，人物，方案，和大致结果。从年份上我们看出，从20世纪90年代铁假说开始，（话说这个假说还跟我是同龄人呢，都是90年生的，到现在已经22岁了。时间真是一把杀猪刀啊，把我和这个理论都砍的乱七八糟的。）铁假说的检验就不断的进行着，整个90年代就进行了三次，而21世纪的头5年更是达到了恐怖的7次。不仅美国人关注这块，日本也相继行动了起来。其实可想而知，美国的夏威夷和日本的海岛当然是受到全球暖化形势考验最严峻的国家了。所以说，中国也应该加快研究的步伐了，不然的话，厦门岌岌可危，鼓浪屿更是火烧眉毛啊。回到表中，我们可以看出，随着实验的进展，加铁的量在不断增大，逐渐开始注意时间季节的影响。施铁的范围也逐渐的扩大，从一开始的赤道东太平洋地区，到南大洋，再到北极，几乎覆盖了HNLC海区。
接下来来点干货，谈谈结果。可以说，每一次的施铁实验都能观察到海水中两个重要的生化指标——叶绿素和CO2分压的改变。施铁海区测得的叶绿素含量成倍成倍的上升，而CO2的分压则往下掉了几十个微大气压。这直接证明了一个论点：这些海区的初级生产力必然是受到铁元素限制，作为单一因子变量的实验，这一点无可厚非。对于这个施铁的实验到此先告一段落，下文中还会接着说。
让我们来看看那些想要从铁假说获益的人口中是怎么描述铁假说的吧。有这么一条关系链：施铁可以使得HNLC海区的初级生产力提高，海水中真光层的浮游植物吸收海水中的CO2，使得海水中的表层CO2的分压降低，海气界面发生新的平衡，海水能够吸收更多的二氧化碳，从而把碳固定在海水或海洋底层中，缓解大气中二氧化碳带来的温室效应，减轻地球的负担，让地球冷下来。这样的关系链感觉理论上说的通，但是实际上，这个理论存在这几点问题，这就是“铁悖论”。我们下面一一说明：
第一点 部分海区实验能否代表整体海洋的状况。
在上述几个实验的结果中，我们清楚的看到二氧化碳分压有明显的降低，量级大概是几十个微大气压。但是如果进行大规模海域大工程量的铁投放，效果会怎么样呢？没有人知道，也没有人能有把握说，大面积的投放结果会和小范围的施铁效果相似。个人观点，涉及到全球尺度范围的工程不能简单的用局部地区的实验来概括或者是考量。现今的海洋依旧神秘，而海洋的考察更如同是盲人摸象，管中窥豹。有时候摸到的甚至不是大象的鼻子或是象牙，而是大象的皮肤细胞，窥到的不是雪豹的斑点，而是它的毛发而已。
第二点 成本问题
考虑到固体物质沉降速率太快，而铁的主要作用区域又集中在真光层，且固体铁不容易溶于水中，固体铁不好被浮游植物吸收，所以施铁实验用的铁并非铁粉或者是铁砂、铁锈等固体物质，而是经过酸化之后的硫酸亚铁或者是铁的螯合物溶液。这样有个问题就很棘手。单单考虑硫酸亚铁，铁离子的重量占总重量不到50%，也就是说运输过程有一般是无效功。这种效率低的方法应该要改进。否则，施铁工程的成本太高。
HNLC海区主要分为三部分，两极和东赤道太平洋海区。两极科考路途遥远，要付出巨大的成本。而这个成本几乎就是沉没成本了，几乎没有机会转化为收益。而且这种工程得到效果的时间可能要会很长，而且是全球范围内的收效，所以如若不以联合国的名义做这个项目工程，恐怕没有哪个国家或者公司愿意为这样一项公益事业砸钱的。这是施铁实验最现实的一个问题
第三点 沉降通量的问题
有两个通量需要考虑。
第一个当然就是铁离子下沉的通量了。如上图所示。
首先说明这个图是1999年SOIREE的实验中模拟的上混合层铁的生物地球化学循环示意图。
由图可知，施铁实验施放铁的通量是平常大气输入通量的几万倍，所以，大气输入通量可以忽略不计。输入的大规模铁主要分为两部分存在，一部分转化为颗粒形态的铁，包括无机态和有机态，一部分依然以溶解态形势存在于海水中。在图的下方，有一个值值得关注，那就是“sinking non-biogenic Fe”72pM/d。其他的沉降通量都小于1 pM/d，唯独这一个项目，沉降通量大的惊人，该项通量比输入通量的三分之一还要大。这说明有三分之一的铁没有经过任何生物地球化学过程，直接转入下层水体不被表层的浮游植物利用。而可能被利用的一部分转化成的生产力和浮游动物也没有对应铁输入的量那么高。换句话说，铁虽然提高了整个海区的初级生产力，但是生物及化学要素对施铁后响应的面积比预期的小。
第二个是碳的沉降通量
延缓全球暖化最主要的就是要将二氧化碳中储存在海洋或者是深海的沉积物中。由于海洋表层水体的二氧化碳已经趋于饱和，所以重要的是怎么把碳往深海里输送。生物泵是个很好的选择，但是这个泵的效率也不是很高。有些研究指出，通过光合作用将DIC转化为POC的效率非常低，仅有18% ～ 26%的初级生产力作为POC储存下来。好，这些都不算是问题，问题在于POC储存下来以后，你要往下运才行啊。那么问题来了。研究表明，自然情况下浮游动物和微生物对碳的再循环致使随POC沉降离开表层水的比率非常低，约占总吸收碳的5% ～ 25%，而碳的再矿化将进一步降低。
碳的捕获效率，甚至低于检出限。而且在加上深海潜流，上升流的作用，底层沉积物环境的搅动很有可能把底层的碳又释放回海洋中再循环。OK，如果两个过程都按最高的25%来计算，那么到最后也只有1/16的C能沉降到海里。天哪，这可是只有6.25%啊。
对于POC的沉降问题，有人做过计算，根据SOFeX实验所得的数据，1.3 吨铁可使POC的通量在100 m 处为2 100 吨，也就是说，如果要消减人类排放的二氧化碳的30%进入海洋的话，那么得需要做100万个SOFeX实验才能达到目的。次数不是问题，更可怕的是，施肥的面积将要达到109km2,这可是比整个南大洋海域还要大，也就是说，要覆盖北极连同整个赤道东太平洋海区了。
第四点 溶解氧
虽然浮游植物可以吸收二氧化碳放出氧气，但是施铁实验中更多的地方是耗氧过程。进入海水环境中的二价铁离子很容易被氧化成三价铁离子从而形成氢氧化铁胶体，然后沉淀下去。浮游植物的大量产生会造成浮游动物的繁殖，浮游动物的呼吸作用也是耗氧的过程之一。各种浮游植物、浮游动物的尸体残骸的分解再矿化需要溶解氧。无氧环境下，可能造成有机物的无氧分解从而导致甲烷、乙炔等温室气体的生成，随着分压的提高，排放到大气中，更有可能成为温室效应的主要原因。所以这些过程可能会造成溶解氧的不足。而缺少溶解氧会导致的画面，死水潭子大家都有看过吧。所以低氧或者厌氧的条件，对于需氧生物来说，压力很大啊。
第五点种群和生态系统的问题
现在已经知道的是，加铁以后硅藻类的浮游生物会大量繁殖。然后，不知道的事情还有很多。谁会知道大规模加铁之后，整个生态环境会怎么变，谁会更有利，谁会逐渐退出甚至灭亡。而且施加的铁直接影响的是食物链，甚至是食物网的第一个环节，现在已经证明海洋人工铁施肥完全不能和自然界通过沙石的搬运输送入海的铁相同。人为的大洋施铁还会用到一定量的螯合剂，这类化合物对环境的影响至今为止。所以一旦出了什么差错，会对整个海区的食物链，食物网造成破坏性的打击。
施铁实验还有可能会导致赤潮的爆发。赤潮大家都知道，必然对环境是负效应的。有实验已经指出，施铁实验之后，藻类大量繁殖，其中就包括有毒藻类如大亚湾拟菱形藻( Pseudo-nitzschia) 和蓝藻( Cyanobacteria)等。得不偿失。
最后做个总结
作为铁假说提出来是好的，但理论很丰满，现实可能就很骨感。有太多的限制因素来阻碍这个非常好的想法。但如果有机会的话，我很想从事这方面的研究。因为这个假说还有很多地方可以也需要改进。
本文的每一个字都是作者一个音节一个音节的打出来的，绝对的原创。看文献就看了好几天，打字就打了整整一天。有参考文献那是绝对的，但绝对不是原搬照抄，那不是我的风格。每一句话都是我经过大脑分析之后写出来的。本文使用的格式是小四字体+1.5倍行距，才勉强够得上老师的要求。转载请注明出处，谢谢。最后我还是写一下参考文献，凑下字数吧。以下这些或多或少都有看点，不知道是不是每一篇的文字都有用到。
[1]Raymond T. Pollard, lanSalter, Richard J. Sanders, et al. Southern Ocean deep-water carbon exportenhanced by natural iron fertilization, nature 07716, 29 January 2009, vol 457.
[2]Andrew R. Bowie, MariaT. Maldonado, et al. The fate of added iron during a mesoscale fertilizationexperiment in the Southern Ocean, Deep-Sea Research Ⅱ 48 (2001)2703-2743.
[3]Shigenobu Takeda.Influence of iron availability on nutrient consumption ratio of diatoms inoceanic waters, nature / vol 393 / 25 June 1998.
[4]R.M. Gordon, K.S.Johnson, K.H. Coale. The behaviour of iron and other trace elements during theIronEx-Ⅰand PlumEx experiments inthe Equatorial Pacific, Deep-Sea Research Ⅱ 45 (1998) 995-1041.
[5]Mark L. Wells. Thelevel of iron enrichment required to initiate diatom blooms in HNLC waters.Marine Chemistry 82 (2003) 101-114.
[6]Richard J. Geider.Complex lessons of iron uptake, Biological oceanography.
[7]孙松，蒲新明，张永山. 南大洋普里兹湾的铁加富实验：对铁假说的检验，中国科学 D 辑：地球科学，2009年，第39卷，第2期：212~221.
[8]CHEMICAL OCEANOGRAPHY Third Edition, Frank J. Millero.
[9]曹勇，李道季，张经，海洋浮游植物铁限制的研究进展，海洋通报，第21卷，第6期，2002年12月。
[10]彭欣,宁修仁,蔡昱明,郝锵,浮游植物生长上行效应的研究进展,海洋学研究,第24卷，第3期，2006年9月.
[11]陈敏编著.化学海洋学.北京：海洋出版社. 2009.8
时间
实验名称
地点
人物
方案
结果
1993
IronExⅠ开阔大洋 最初尝试
赤道东太平洋( 5° S, 93° W) 东太平洋加拉帕格斯西部海域
Martin
24 h 内加铁至4 nM
叶绿素 a 质量浓度增加3 倍, CO2 分压降低了10 uatm , 加铁水体在实验的第5 天下沉至次表层 ( 30～35 m)
生物及化学要素对施铁后响应的面积比预期的小
1995
IronExⅡ
赤道东太平洋( 6° S,108° W)
Coale
分别在第0、3、7 天分3 次加铁 (加铁后表层海水铁浓度分别是2, 1, 1 nM)
叶绿素 a 质量浓度增加10 倍, CO2 分压降低了90 uatm, NO-3 浓度降低了 5uM
1999
SOIREE
澳大利亚以南的南大洋 (61°S, 140°E)（太平洋海域)
Boyd等
先加铁3 nM，然后在第4、6和第8天分3次继续加铁使实验海区铁浓度维持在1 nM 以上(夏季)
叶绿素 a 质量浓度增加6 倍, CO2 分压降低了35 uatm, NO-3 浓度降低了 3uM .观测到水体二甲基硫( DMS) 含量有所升高
2000
EisenEx
非洲南部的南大洋 (48°S, 21°E )
Smetacek 等
（冬季）
叶绿素 a 质量浓度增加4 倍（未能给出定量的海水表层的C量）
2001
SEEDS I
亚北极
北太平洋(48.5°N,165° E)
Tsuda 等
文献中无说明
叶绿素a 质量浓度增加40倍, CO2分压降低了94 uatm , NO3浓度降低9 uM。，SEEDS I 区域以中心硅藻的快速生长为主，而IronEx II 和SOIREE 则以羽纹硅藻为主，且前者的生长速度是后者的1.8倍之多，表明铁施肥初期浮游植物物种组成在很大程度上影响生态系统对加铁的反应。对C 的捕获研究表明，实验期间，大部分颗粒有机碳仍滞留于表层，并未输出到深层。
2002
SOFEX- South
南大洋罗斯海附近 ( 56°S, 172°W 和66° S, 171°W)
Coale、Buesseler等
在南极锋区以南海域分4 次加铁使海区铁浓度达到0. 7 nM
南极极锋带以南, 叶绿素a 质量浓度增加大于 10 倍, CO2 分压降低了 40 uatm。检测到了有机碳输入到深层，但量级比自然条件下产生的水华还要低。
2002
SOFEX-North
南大洋北部
在南极锋区以北海域分3次加铁使海区铁浓度达到了1.2 nM
南极极锋带以北,叶绿素a 质量浓度增加大于10倍, CO2 分压降低了 40 uatm。同南极相似，深层有，但不多。
2002
SE RIES
亚北极阿拉斯加湾(50°N,165° W)
Boyd、Law 等
25天加铁实验。
叶绿素 a 质量浓度增加大于10 倍, NO-3 浓度降低了 5 uM。沉积物捕获器数据显示，在50 m 深处颗粒有机碳下降18%，而在125 m 处仅为8%，低于自然发生的“水华”输出( 15% ～ 30%) 。这表明加Fe 并不能有效地增加C 的输出。
2004.11-2005．1
CROZEX
南大洋
RRS 发现号
文献中无说明
验证了之前的假设: 在南大洋中克罗泽群岛附近所观测到的浮游植物浓度存在的南-北梯度是由自然“铁施肥”诱导产生的，后者导致流向深海的有机碳增加，C 输出的效率要比人工加Fe 实验中所报告的效率高，其原因可能是人工添加的Fe 大量丢失的结果