中國科大發現大氣化學過程將導致北冰洋汞污染加劇

　　中國科學技術大學極地環境研究室謝周清課題組通過“雪龍”船考察，發現了夏季北冰洋大氣汞循環的獨特現象，并經分析認為夏季大氣化學過程將導致北冰洋汞污染加劇。

　　汞，俗稱水銀，是一種大氣污染物。由于汞具有較高的蒸氣壓、低溶解性和較長的大氣保留時間，可以在全球傳輸，從而到達南北極等邊遠地區。在北極地區，已經發現大氣汞在傳輸過程中會沉降進入水生生態系統，并隨食物鏈在北極熊等生物體中富集，特別是在北極冬天向春天過度時，大氣汞由于溴的氧化，轉化為可溶性更強的二價汞，猶如下“汞雨”，加速了大氣汞向北冰洋的沉降。與大家對冬春季節“汞雨”的關注相比，由于北冰洋夏季的大氣被認為較干凈，這個季節汞的過程被忽視。

　　該課題組依托我國極地破冰船“雪龍”號，建立了船基海洋大氣環境化學觀測平臺，開展了多年的海洋邊界層走航觀測。在2012年的中國第五次北極考察期間，中國“雪龍”號首次橫穿中心北冰洋，通過船基大氣汞的在線高分辨率觀測并結合2010年“雪龍”號在北冰洋考察的數據，獲取了北冰洋大氣汞的時空分布特征。

　　北冰洋大氣汞呈現西高東低以及中心海冰區與開闊水域顯著不同等空間分布特征。進一步的研究發現，這種變化與海冰融化和淡水輸入有關。夏季，隨海冰融化，一年或多年老冰中的汞進入水體，在太陽光和微生物作用下，溶于水中的汞被還原再次釋放到大氣中，導致冰區大氣汞濃度高于開闊水域。另一方面，在無冰區楚科奇海大氣汞濃度顯著高于格陵蘭方向海域和挪威海，并拌隨海水鹽度的下降及有色溶解有機物的上升，表明河流淡水的輸入是導致北冰洋西高東低的重要因素。夏季，環北冰洋特別是楚科奇海的河流攜帶高濃度的汞進入北冰洋，從而增加海水中溶解態汞，與此同時，河流帶入高濃度的有機溶解物增加了溶解態汞還原為零價氣態汞的能力，進而釋放到大氣中。那么是否隨著全球變暖，夏季海冰消融的加速以及環北極河流輸入的增多，北冰洋向大氣釋放的汞將增大呢？

　　對比北冰洋夏季大氣汞7月至9月的濃度后發現，2010年和2012年均表現為夏天大氣汞濃度低于秋季，大氣汞的變化與一氧化碳背景濃度波動顯著相關，表明夏天北冰洋上空也會發生顯著的大氣化學過程，釋放到大氣中的汞被氧化重新降落到海洋和冰面上。北冰洋太陽輻射從7月到9月呈減小的趨勢，夏季大氣化學過程相對較強，從而表現為夏季大氣汞濃度低于秋季。這意味著融冰和河水貢獻的汞由于大氣化學過程的作用，更多的留在北冰洋中，從而加劇汞對北極生態系統的危害。

　　上述研究工作得到了國家自然基金、極地專項和科技部等的支持。研究成果發表于Scientific Reports。

　　2012年（a）和2010年（b）北冰洋大氣汞濃度分布圖