Is påskyndar aktivt nedbrytningen av järnmineral och kan frigöra mer järn än vad dagens klimatmodeller tar hänsyn till, visar en studie. Resultaten är viktiga för att kunna förutsäga hur näringskretslopp, kolinlagring och vattenkvalitet påverkas i polar- och bergsområden när klimatet blir varmare.
Cirka 17 procent av jordens landyta består av permafrost, och ytterligare stora områden fryser säsongsmässigt. I takt med att klimatet förändras blir frys-tö-cykler vanligare och permafrosten bryts ned.
Det leder till att processer kopplade till is kan frigöra järn och andra spårämnen i en omfattning som dagens klimat- och miljömodeller inte fångar. Järn är ett viktigt näringsämne som styr algtillväxt i sjöar och hav, binder kol i marken och påverkar vattnets färg och kvalitet. Förändringar i hur mycket järn som frigörs kan därför få följdeffekter genom hela ekosystem, från fjällbäckar till arktiska kustområden.
– För att förstå hur klimatförändringarna påverkar naturliga system måste vi också förstå kemin inne i isen, säger Jean‑François Boily, professor vid Kemiska institutionen på Umeå universitet.
Starkare bindning ger större effekt
Forskare vid Umeå universitet har undersökt hur olika lösta salter, som finns överallt i naturen, påverkar järnmineraler. De studerade särskilt upplösningen av goetit, ett rostfärgat järnmineral, som är vanligt i jordar, sediment och damm.
– Resultatet var anmärkningsvärt tydligt. Is ökade upplösningshastigheten för alla salter som binder till järn, och ju starkare bindning, desto större effekt, säger Jean‑François Boily.
– Det avslöjar en enkel tumregel: om man vet hur starkt ett ämne binder till järn kan man också uppskatta hur mycket is förstärker effekten.
Fluorid, som band starkast till järn i experimenten, frigjorde mer än fyra gånger så mycket järn i is som i flytande vatten. Sulfat, som binder svagare, gav en mindre men ändå tydlig ökning. Perklorat, som knappt alls samverkar med järn, gav ingen upplösning i någon av faserna.
Värdefullt verktyg för modellering
Förklaringen ligger i vad som händer när vatten fryser. Ämnen som inte kan införlivas i isen koncentreras till små fickor av kvarvarande vätska mellan iskristallerna. I dessa miljöer, där salthalten kan vara upp till 500 gånger högre, kan kemiska reaktioner gå betydligt snabbare.
Detta förklarar den ökade nedbrytning av mineral som forskarna observerade.
– Det som förvånade oss mest var hur konsekvent denna effekt var för de ämnen vi testade. Om mönstret gäller mer generellt skulle vi kunna förutsäga hur is förstärker nedbrytning av mineral utifrån en enda kemisk egenskap. Det skulle vara ett värdefullt verktyg för miljömodellering, säger Jean‑François Boily.
Vetenskaplig artikel:
Ice amplifies ligand-controlled mineral dissolution in microscale hot spots, PNAS.
