Det är ingen hemlighet att massiva dammstormar i Saharaöknen ibland höljer Nordatlanten med järn, men det visar sig att dessa naturliga filtar inte är de enda sakerna att nysa åt. Järn som frigörs av mänskliga aktiviteter bidrar med så mycket som 80 procent av det järn som faller på havsytan, även i den dammiga Nordatlanten, och är sannolikt underskattad över hela världen, enligt en ny studie i Naturkommunikation .

"Folk inser inte ens det, " sa huvudförfattaren Dr. Tim Conway, biträdande professor vid USF College of Marine Science, "men vi har redan gjort ett slags järngödslingsexperiment i många decennier."

Förbränning av fossila bränslen, biobränslen, och alla skogar släpper ut järn, som kan transporteras som en aerosol över stora avstånd från land till tarmarna i Nordatlanten och vidare. Men aerosoler av mänskligt ursprung har varit nästan omöjliga att se i data - fram till nu. Teamet använde isotopförhållandena för järn i atmosfären för att "fingeravtrycka" oavsett om järnet kom från Saharas ökendamm eller mänskliga källor som bilar, förbränning, eller bränder.

Ett nytt spårämne för mänskligt härrörande järn

"Trots mycket forskning, järnkemi är fortfarande något av en svart låda i havet, " sa Conway. Järn, ett spårämne, finns i ytterst låga mängder i havet; en liter havsvatten innehåller 35 gram salt men bara runt en miljarddels gram järn. Detta gör det väldigt svårt att mäta. Järnet är också svårt att ta prov utan att riskera kontaminering, speciellt om du arbetar på ett rostigt fartyg.

Att försöka fastställa hur mycket atmosfäriskt järn som landar på och löser sig i havet innebär ännu fler utmaningar, med stormar, årstider, och markanvändning som allt förändrar hur mycket damm som blåses från kontinenterna. Att smälta dammpartiklar i labbet för att se hur mycket järn som löser sig är också problematiskt, och har lett till uppskattningar av järn som löses upp när det träffar havet som sträcker sig från 0 till 100 procent.

Den aktuella studien tar upp några av dessa mysterier som finns kvar i järnkemin, tar vår förståelse av atmosfärisk järntillförsel till haven till nästa nivå.

Conway och hans kollegor analyserade aerosolprover som samlats in på forskningskryssningar till Nordatlanten 2010 och 2011 ombord på R/V Knorr. Kryssningarna var en del av GEOTRACES, ett globalt koordinerat forskningsprogram med 35 länder för att studera spårmetaller och deras isotoper i havet.

Prover togs från ett område utanför Västafrika som är känt för att samla damm från dammstormarna i Sahara, och de andra togs utanför New Englands och Europas kuster där föroreningar som härrör från människor förväntas vara viktigare. Teamet mätte sedan järnisotopförhållanden i proverna för att avgöra om järnet kom från en naturlig eller mänsklig källa.

Järnisotopförhållanden (56Fe/54Fe) kan förändras som svar på kemiska reaktioner, så mänskligt inducerade processer som förbränning av fossila bränslen frigör järn med en annan isotop "signatur" än järn som härrör från naturliga material. Sahara-dammpartiklar antogs tidigare ha ett förhållande som såg ut som den genomsnittliga kontinentala skorpan, och Conway har föreslagit att när dammpartiklar från Sahara träffade havet, järnet som löser sig interagerar med organiska molekyler som binder det tyngre 56Fe.

"Vi genomförde den här forskningen för att undersöka den idén och förväntade oss fullt ut att se kontinentala signaler eller kanske fler tunga isotoper i proverna från alla tre regionerna, "sa Conway." Det vi fann var ganska galet och väldigt lätt. Vi hade inte förväntat oss detta alls, " sa Conway.

Järnet i Saharas luft var verkligen en match för den kontinentala skorpan, men var mycket tyngre än proverna från Nordamerika och Europa, som var laddade med tändare (mer 54Fe), järn från människor – inte järn från Sahara.

"Det faktum att vi hittade mänskligt härrörande järn i den dammiga Nordatlanten visar hur effektivt detta spårämne är för antropogent järn, " sa Conway.

Nästa, de använde järnisotopspårningsarbetet för att förbättra modellerna som används för att förutsäga mängden damm som faller över det globala havet, och kunde visa att järnet från mänsklig insats är mycket större än man tidigare trott.

Konsekvenser för klimatförändringar

Sedan 1990-talet har forskare föreslagit idén att gödsla vattnet med järn som frigörs från fartyg för att påskynda tillväxten av växtplankton. Tanken går så här:

Järn är ett livsviktigt mikronäringsämne som växtplankton behöver för att växa, men det är i allmänhet knappt i havet. När tillgänglig via dammstorm eller annan källa, växtplanktonet slurpar upp koldioxiden under fotosyntesen vid havets yta. När de dör och sjunker till havsbotten, de tar med sig kolet – fungerar effektivt som en "kolsänka". Så låt oss lägga till mer järn för att minska koldioxiden från klimatförändringarna, säger geoteknikentusiaster.

Denna geoengineering -övning diskuteras fortfarande hett idag, och studien av Conway och team lägger bränsle till elden med en oväntad vändning.

"Det verkar som om vi redan har gödslat havet. Vi kunde bara inte kvantifiera det, " Conway sa, även om forskare har haft en aning om mänsklig järntillförsel sedan mitten av 2000-talet.

"Vi har helt förändrat systemet, " han sa, och tillsätt rutinmässigt järn till havet när du hugger ner skog eller kör bil. Ironiskt, på grund av hur järn fungerar är det därför möjligt att dessa mänskliga källor till järn till havet faktiskt kan ha agerat för att mildra klimatförändringarna.

"Vi vet inte omfattningen av det ännu men det är ett rättvist uttalande, " sa Conway.