铁元素究竟是如何限制大洋浮游植物生长的呢？

大洋中很大一部分氮是由少数几种细菌与蓝绿藻固定的，即海洋生物固氮。海洋生物固氮时，细菌与蓝绿藻都需有“固氮酶”的参与，而固氮酶又依赖另一种元素：铁。同时，蓝绿藻固氮时的主要能量来源是三磷酸腺苷（ATP），这一过程也需要大量的铁。

因此，许多海洋科学家认为：铁控制了浮游植物对氮营养盐的吸收，从而影响了海洋对大气二氧化碳的吸收作用。增加海洋表层铁的浓度可以提高海洋生物生产力，即可增强海洋生物泵的效率，使更多的二氧化碳被海洋吸收，以缓解或改变温室效应带来的全球气候变化问题。

实验中的加铁固碳

大洋表层海水中铁的重要来源是沙尘气溶胶的大气沉降。因此，在远离大陆的广大海域，铁元素的浓度大都非常低。事实上，早在1929年，约翰•路德等人乘捕鲸船“维京人”到达南极威德尔海冰缘的捕鲸场时，便发现了该海域的HNLC现象。后来，科学家们发现在北冰洋、太平洋亚北极地区和太平洋赤道上升流区，也存在着大量HNLC海域。自1990年“铁假说”提出后，许多海洋科学家对其产生了浓厚的兴趣，并致力于在实际海域进行加铁实验以检验浮游植物的生长是否得到促进，碳从海洋表层向深层输出的速率能否有所增加。

1991年，华生等人提出了现场“铁加富”实验的设计：在选定的海区加铁（通常加入经酸化过的FeSO4），同时加入SF6 惰性示踪剂以展示加铁水体的运动轨迹，随后测定的生物、化学参数可反映该海区加铁后生物地球化学过程及整个生态系统结构的变化。从1993年开始，现场铁加富实验进入实施阶段。

海洋铁加富实验开始于“IronEx1”，至今共进行了12次中尺度的大洋加铁实验。加铁区域设在4个典型的HNLC海区：2次在赤道太平洋地区，6次在南大洋，3次在北太平洋，1次在北大西洋。实验时间可持续数周，影响范围长达数千米。

从操作上讲，赤道大洋是首选的工作地区：全年温暖、阳光充足，海洋也往往是相当平静，浮游植物生长迅速。第一、二次大洋加铁实验便是在赤道太平洋进行的。

1993年11月中旬，科学调查船“库拉伯斯•艾瑟林”在加拉帕哥斯群岛（位于厄瓜多尔西部）南部500千米处进行了代号为“IronEx1”的首次铁加富实验。船上的水槽里装载着数百千克溶解了铁的稀硫酸溶液，船在50平方千米的海域上像剪草机一样推进，缓缓地向海水中释放水槽中的溶液。加铁后，该海区浮游植物生物量显著增加，同时，浮游植物从小粒级明显向较大粒级转变。IronEx1的成功之处在于证明了跟踪大洋表层水、并测定其生态参数是可行的，从而为IronEx2的实施奠定了基础。

时隔18个月，IronEx II于1995年5月29日在赤道东太平洋开始实施（4°S，104°W；铁的背景浓度约为0.02nM），225千克铁溶液和SF6按一定的比例散入面积为72平方千米的方形海区内。在IronEx II实验中，为了模拟自然界铁来源的连续性，分别在第1、3和7第天分3次加铁。IronExII实验中，海水表层叶绿素a浓度增加了10倍，二氧化碳分压降低了90μatm，NO3-浓度降低了5μM，这说明在赤道东太平洋，低铁抑制了光合浮游生物的生长。

IronExI和IronExII实验是中尺度加铁实验的最初尝试，遗憾的是实验并未对颗粒有机碳的垂直通量进行观测。

从营养盐和叶绿素浓度上看，加铁实验最适合的海区是南大洋，因为它拥有更广阔的海域面积和很高的营养物质浓度，加铁后浮游植物爆发的总面积会明显增大。加铁实验中有6次实验是在该海区进行的。