过去通常认为冰川内部（englacial）中的生物活动是非常有限的，几乎不考虑其对物质循环过程的影响。但在相对温暖的亚洲高山地区冰川中，太阳集团tyc539国际同位素效应研究中心（ICIER）的服部祥平教授揭示了冰川中存在活跃的微生物循环，并且存在之前未知的生物地球化学过程。
服部教授及其团队使用冰川的硝酸根（NO3-）的三氧同位素组成（Δ17O）来详细地调查冰川内部的生物活动。大气中生成的硝酸根从大气中的臭氧（O3）中获取氧原子，其Δ17O值继承了臭氧的信号，相对较高（大约+25‰以上）；而由微生物活动产生的硝酸根，即硝化作用，其Δ17O值为0‰。利用这一差异，通过检测冰芯或冰川中硝酸根的Δ17O值，可以确定其中硝酸根的来源，即是直接来自大气沉降还是后期由生物活动产生的。在本研究中，他们比较了天山山脉乌鲁木齐1号冰川的新雪（大气沉积后1年内的），积雪区的雪芯（firn core，沉积后10年内的）和消融区的56m冰芯（沉积后几百年）的NO3-含量及其δ15N、δ18O、Δ17O值（图1）。
研究结果表明，冰川中硝酸根的Δ17O值在不断地降低，这意味着冰川内部的来自大气的硝酸根正被微生物来源的硝酸根所替代（图2）。这一发现表明，尽管来自大气的雪原本是无机的，但在经过数个世纪后，由于微生物的氮循环，有机态氮在冰川内部积累，并最终出现在消融区的冰川表面（图2）。这与冰川经历风化过程相似。从冰川深处供应的这种有机物营养物质可能促进了冰川表面的生物活动，并可能与冰川的暗化以及由冰川暗化引起的冰川消融、冰川退缩有直接关联。尽管目前不清楚这种现象是否仅限于亚洲高山地区这种“相对温暖且pH值接近中性”的冰川，但受到近年来全球变暖和氮负荷增加的影响，这种现象可能已经扩展，或者在未来有扩展的可能性。
本研究的相关成果于2023年9月25日发表在国际著名学术期刊《Environmental Science & Technology》，服部祥平教授为文章的第一作者和通讯作者。
论文信息：
Hattori, S., Li, Z., Yoshida, N., Takeuchi, N. Isotopic Evidence for Microbial Nitrogen Cycling in a Glacier Interior of High-Mountain Asia, 2023, Environmental Science and Technology (published Sep. 25th, 2023)
https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.est.3c04757
