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May 14, 2023

염도 구배를 통한 철 수송과 관련된 휴믹 리간드의 식별을 위해

과학 보고서 12권,

Scientific Reports 12권, 기사 번호: 15545(2022) 이 기사 인용

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아한대 강의 휴믹 리간드는 해안 해양 환경에 대한 철 결합 리간드의 중요한 공급원으로 확인되었지만 제대로 특성화되지 않은 상태로 남아 있습니다. 푸리에 변환 적외선 분광법(FTIR)을 사용하는 새로운 방법을 사용하여 캐나다 뉴펀들랜드의 아한대 강에 존재하는 철 결합 리간드를 식별하고 정량화했습니다. 총 철 부하의 20~35%가 인공 염도 구배를 통해 운반되었으며 염도 35의 용액에 남아 있었습니다. 선형 회귀 및 2D 상관 분석과 결합된 FTIR을 사용하여 우리는 염분 구배에 걸쳐 철과 관련하여 서로 다른 행동을 보이는 두 가지 유기 리간드 풀을 식별했습니다. 더 약한 리간드 풀은 알켄, 에테르 및 에스테르로 구성되었으며 낮은 염분도에서 응집을 위해 철을 방출하고 해양 환경으로의 철 수송에 기여하지 않는 것으로 밝혀졌습니다. 더 강한 리간드 그룹에는 카르복실산과 지방족 작용기가 포함되어 있습니다. 이 그룹은 두 개의 하위 그룹을 포함하는 것으로 보입니다. 하나는 염도 35에서 용해된 상태로 철을 유지할 수 있었고, 다른 하나는 염도 구배에 걸쳐 철과 함께 응집되어 나왔습니다. 염도 구배를 통해 용액에 철을 유지하는 강력한 리간드는 해안 및 해양 환경에 꼭 필요한 미량 영양소 공급원을 제공하는 반면, 다른 하위 그룹은 하구 퇴적물에서 철과 탄소를 격리합니다. 이 두 하위 그룹 사이의 균형은 샘플링 당시의 수로 및 기상 조건에 의해 제어되는 것으로 보이며, 이는 일년 내내 역동적인 리간드-철 관계를 암시하며, 대조되는 방식으로 철과 탄소의 생지화학적 순환에 영향을 미칩니다.

철은 해양 생산성과 글로벌 생지화학적 순환에 영향을 미치는 핵심 요소입니다1,2. 이는 질소 고정, 광합성 및 호흡을 수행하기 위해 식물성 플랑크톤에 의해 활용되며 퇴적물의 유기물과 결합하여 탄소 격리에 역할을 하고 미생물 분해로부터 탄소를 보호하여 장기 탄소 저장을 향상시키는 것으로 나타났습니다4 ,5. 생물학적 생산성과 글로벌 주기에 있어 전 세계적으로 철의 중요성은 철의 공급원, 활용 및 변화하는 물리화학적 조건이 철의 분포에 어떻게 영향을 미치는지 더 잘 이해하기 위한 여러 연구를 자극했습니다.

그 중요성에도 불구하고 용해된 철은 용해도가 낮기 때문에 해양 환경에서 매우 낮은 농도로 존재하며 해양의 광대한 지역에 제한적인 영양소가 될 수 있습니다2. 바다로 유입되는 철의 주요 공급원은 대기 퇴적물과 열수 분출구1,2로 생각됩니다. 해양 환경에서 발견되는 대부분의 철은 유리 철이 아니며, 오히려 대부분이 유기 리간드와의 착화합물을 통해 용액 상태로 남아 있습니다6. 이러한 리간드는 사이드로포어, 휴믹 물질, 외중합체 물질, 포르피린 및 당류와 같은 다양한 소스에서 나올 수 있습니다6,7,8. 소위 "휴믹 물질"의 하위 집합인 휴믹 리간드는 육상 환경과 해양 환경에서 유래하며 일부 지역에서는 전체 철 결합 리간드 풀의 큰 부분을 구성합니다9,10,11,12,13. 육지에서든 해양에서든 모든 용해된 유기물과 마찬가지로 휴믹 리간드는 일반적으로 분자 관점에서 특성이 잘 알려져 있지 않습니다. 육지에서 유래된 휴믹 리간드는 해양 환경, 특히 해안 지역10,13과 심지어 북극해의 극간 표류류와 같은 외해 지역과 같이 하천 유입의 영향을 많이 받는 지역에서 강변 철의 공급원으로 작용할 수 있습니다. 육상 유래 미량 금속 및 유기물의 주요 공급원인 것으로 나타났습니다14,15.

전체 해양 철분의 작은 비율에도 불구하고 강변 철분은 생체 이용률이 높아져 최근 중요한 공급원으로 인식되었습니다9,16,17,18. 철분의 제어 및 수송을 이해해야 하는 필요성은 해양을 더 잘 이해하는 데 핵심적인 역할을 합니다 생산력. 강변 철은 이전에 해양 환경에 대한 중요한 철 공급원으로 무시되었습니다. 왜냐하면 강변 철의 대부분이 염분 구배에 대한 응집을 통해 손실되고 이후 하구 퇴적물에 묻히기 때문입니다19. 역사적으로 강의 철분 부하 중 95%는 하구를 통해 손실되는 것으로 생각되었지만 부식 리간드와의 복합체화를 통해 최근 연구에 따르면 총 용존 철량의 최대 20%가 염분 구배를 통해 바다로 운반될 수 있다고 보고되었습니다16,18, 19. 철분 부하가 증가하면 지역 해양 환경이 파괴될 수 있으며 더 나아가 갈변 현상이 발생하고 생산성이 향상될 수 있습니다2,20.