粉尘在全球生物地球化学循环中扮演重要角色，通过多种途径深刻影响着全球气候变化和生态环境，如“阳伞效应”（粉尘可削弱太阳辐射引起地面冷却）、“冰核效应”（粉尘颗粒作为云凝结核，影响云的形成和降水）、“中和酸雨效应”（粉尘在降落过程中可中和空气中的氮氧化物、二氧化硫等物质，有效减少酸雨）以及“铁肥效应”（粉尘降落至海洋，其携带的铁元素会加强海洋初级生产力，消耗大气CO2，进而增强海洋碳汇）等。然而，粉尘在地质历史时期对全球变化的作用，尤其是对陆地碳循环是否产生影响尚不清楚。
中国科学院青藏高原所新生代环境团队杨一博副研究员等对工业革命前（PI）和末次冰盛期（LGM）这两个时期全球粉尘在不同气候区的沉降通量进行了对比研究。发现相比于工业革命前，末次冰盛期全球粉尘在湿润-半湿润区（年降水量大于400mm地区）沉降通量每年净增加了1072±69 Tg（图1）。据此研究团队提出了粉尘影响陆地碳汇和全球气候变化的“风化度效应”。
世界主要的粉尘源区位于干旱区-半干旱区，粉尘源区释放的粉尘通过长距离传输，可沉降在较为湿润的大陆地区，从而增强陆表风化度（图2）。其机制在于：1）粉尘源区的风化程度受限于干旱气候，风化程度较弱；2）经过长距离传输的粉尘颗粒会变细，具有更大的比表面积，利于风化；3）降落于相对湿润区的粉尘，通过风化释放营养元素，可以促进植被生长，进一步增强风化。上述三个因素使得粉尘大大增强了陆表风化度，成为增强大气CO2消耗和陆地碳汇的新机制，因此可称为粉尘的“风化度效应”。
为定量评估粉尘“风化度效应”在气候变化中的重要性，基于不同降雨量区粉尘风化程度与大气CO2消耗的定量关系，研究团队计算出末期冰盛期相对与工业革命前，传输到年降水量大于400mm地区的粉尘硅酸盐风化每年至少净增加0.431±0.030 Tmol的大气CO2消耗（图3），而该通量已占现今全球硅酸盐风化通量的15%。如果考虑粉尘中碳酸盐矿物溶解对大气CO2的显著消耗以及粉尘风化加强植被作用对风化的正反馈效应，粉尘的“风化度效应”将更加显著。因此，冰期粉尘传输的加强显著提高了陆表的风化度，增强了陆地碳汇，该效应几乎可以抵消冰期温度降低对陆地风化速率的抑制作用，使得冰期大气CO2含量维持在低值。
研究成果近期以“Dust transport enhanced land surface weatherability in a cooling world”为题，在国际地球化学知名刊物《Geochemical Perspectives Letters》发表。我所杨一博副研究员为第一作者和通讯作者，北京大学张健副研究员为共同通讯作者。本研究得到国家重点研发计划（2022YFF0800502）、第二次青藏高原综合科学考察研究专项（2019QZKK0707）和国家自然科学基金（42171010, 42002129）的联合资助。
全文链接: https://www.geochemicalperspectivesletters.org/article2322
图1 不同气候模拟综合的工业革命前（PI, a）和末次冰盛期（LGM, b）全球粉尘平均沉降通量
图3 世界陆地不同年降雨量地区粉尘沉降及大气CO2消耗的增量（LGM减去PI）
（a）为粉尘沉降通量的增量；（b）为不同年降雨量地区粉尘风化导致大气CO2消耗的程度的增量（相较于年降水量小于200mm地区）；（c）为粉尘硅酸盐风化消耗大气CO2的增量
