Khi sắt mang bụi di chuyển xa hơn khỏi sa mạc Sahara, các phản ứng trong khí quyển làm cho sắt ngày càng dễ tiếp cận hơn để hỗ trợ sự sống.
Sắt là một vi chất thiết yếu cho sự sống, đóng vai trò quan trọng trong các quá trình như hô hấp, quang hợp và tổng hợp DNA. Trong các đại dương hiện nay, sắt chỉ là một nguyên tố hạn chế. Do vậy, việc tăng cường khả năng tiếp cận của sắt có thể thúc đẩy quá trình cố định carbon của thực vật phù du, có khả năng tác động đến khí hậu toàn cầu. Nghiên cứu này cho thấy vai trò to lớn của sa mạc Sahara trong biến đổi khí hậu toàn cầu. Không chỉ là vùng đất phản chiếu ánh sáng mặt trời đáng kể vào không gian, Sahara còn là nơi ươm mầm cho các vi sinh vật ngoài đại dương cố định carbon.
Sắt sẽ đi vào đại dương và các hệ sinh thái trên cạn thông qua các con sông, sông băng tan chảy, hoạt động thủy nhiệt và đặc biệt là gió. Nhưng không phải tất cả các hợp chất của sắt đều "có phản ứng sinh học", tức là trạng thái mà các sinh vật có thể hấp thụ sắt từ môi trường của chúng.
Tiến sĩ Jeremy Owens, phó giáo sư tại Đại học bang Florida và là đồng tác giả của một nghiên cứu mới trên Frontiers in Marine Science cho biết: "Ở đây, chúng tôi chỉ ra rằng sắt liên kết với bụi từ sa mạc Sahara thổi về phía tây tới Đại Tây Dương có các đặc tính thay đổi theo khoảng cách di chuyển: khoảng cách càng xa, sắt càng có phản ứng sinh học".
"Mối quan hệ này cho thấy các quá trình hóa học trong khí quyển chuyển đổi sắt ít có phản ứng sinh học thành các dạng dễ tiếp cận hơn".
Bão bụi ở Sahara.
Lõi đất cũng biết nói năng
Owens và các đồng nghiệp đã đo lượng sắt phản ứng sinh học và tổng lượng sắt trong lõi khoan từ đáy Đại Tây Dương, được thu thập bởi Chương trình Khám phá Đại dương Quốc tế (IODP) và các phiên bản trước đó. IODP nhằm mục đích cải thiện hiểu biết của chúng ta về khí hậu thay đổi và các điều kiện đại dương, các quá trình địa chất và nguồn gốc của sự sống. Các nhà nghiên cứu đã chọn bốn lõi, dựa trên khoảng cách của chúng so với cái gọi là Hành lang Bụi Sahara-Sahel. Sau này trải dài từ Mauritania đến Chad và được biết đến là nguồn sắt liên kết bụi quan trọng cho các khu vực xuôi gió.
Hai lõi gần nhất với hành lang này được thu thập cách tây bắc Mauritania khoảng 200km và 500km về phía tây, lõi thứ ba ở giữa Đại Tây Dương và lõi thứ tư cách Florida khoảng 500km về phía đông. Các tác giả đã nghiên cứu 60 đến 200 mét trên cùng của các lõi này, phản ánh các trầm tích trong 120.000 năm qua - thời gian kể từ thời kỳ gian băng trước đó.
Họ đã đo nồng độ sắt tổng thể dọc theo các lõi này, cũng như nồng độ đồng vị sắt bằng máy quang phổ khối plasma. Dữ liệu đồng vị này phù hợp với bụi từ sa mạc Sahara.
Sau đó, họ sử dụng một loạt các phản ứng hóa học để tìm ra thành phần của tổng lượng sắt có trong trầm tích dưới dạng sắt carbonat, goethite, hematit, magnetite và pirit. Sắt trong các khoáng chất này, mặc dù không có phản ứng sinh học, nhưng có khả năng hình thành từ các dạng có phản ứng sinh học cao hơn thông qua các quá trình địa hóa học trên đáy biển.
Owens cho biết: "Thay vì tập trung vào tổng lượng sắt như các nghiên cứu trước đây đã thực hiện, chúng tôi đã đo lượng sắt có thể hòa tan dễ dàng trong đại dương và có thể được các sinh vật biển tiếp cận để thực hiện trao đổi chất".
"Chỉ một phần tổng lượng sắt trong trầm tích là có phản ứng sinh học, nhưng phần đó có thể thay đổi trong quá trình vận chuyển sắt ra khỏi nguồn gốc ban đầu của nó".
Thổi bay theo gió
Kết quả cho thấy tỷ lệ sắt ở các lõi cực tây có phản ứng sinh học thấp hơn so với các lõi cực đông. Điều này ngụ ý rằng một tỷ lệ sắt phản ứng sinh học lớn hơn tương ứng đã bị mất khỏi bụi và có lẽ đã được các sinh vật trong nước hấp thụ trong quá trình lắng đọng. Do đó, nó chưa bao giờ chạm đến được các trầm tích ở đáy.
Tiến sĩ Timothy Lyons, giáo sư tại Đại học California tại Riverside và là tác giả hoàn thiện nghiên cứu cho biết: "Kết quả của chúng tôi cho thấy rằng trong quá trình vận chuyển khí quyển đường dài, các đặc tính khoáng chất của sắt liên kết với bụi ban đầu không có phản ứng sinh học, sẽ thay đổi khiến nó có phản ứng sinh học nhiều hơn. Sau đó, sắt này được thực vật phù du hấp thụ trước khi nó có thể đến được đáy".
Lyons cho biết thêm: "Chúng tôi kết luận rằng bụi đến các khu vực như lưu vực sông Amazon và Bahamas có thể chứa sắt đặc biệt hòa tan và có thể sử dụng cho sự sống, nhờ khoảng cách xa từ Bắc Phi và do đó tiếp xúc lâu hơn với các quá trình hóa học trong khí quyển".
"Sắt được vận chuyển dường như đang kích thích các quá trình sinh học theo cùng một cách mà quá trình hấp thụ sắt có thể tác động đến sự sống ở các đại dương và trên các lục địa. Nghiên cứu này là bằng chứng về khái niệm xác nhận rằng bụi liên kết với sắt có thể có tác động lớn đến sự sống ở khoảng cách rất xa so với nguồn gốc của nó".