揭開汞污染修復的奧秘

　　汞污染和溫室氣體一樣，能在全球范圍產生影響。作為一種重金屬污染物，它在自然界（包括大氣、水體、土壤以及生物圈）中普遍存在。

　　盡管2017年，包括中國在內的128個國家和地區聯合簽訂了控制汞污染的《水俁公約》，但汞污染并未消除，它會因歷史排放而持續影響人類上百年。

　　近日，南京大學大氣科學學院教授張彥旭課題組與麻省理工學院、密歇根理工大學、加拿大曼尼托巴大學、華東師范大學、清華大學和中科院地化所研究人員合作，在線發表于《自然—通訊》的研究，揭示了目前世界各國甲基汞暴露的健康風險與經濟損失，并預測了至2050年，全球汞排放變化對人群健康的影響。

　　預測汞排放的健康效應

　　“因甲基汞攝入造成的經濟損失，目前全球總計為每年1170億美元。”張彥旭告訴《中國科學報》，“人群的健康效應受飲食結構的影響，魚類等海鮮消費量較大的沿海國家對甲基汞暴露的健康風險最大。”

　　張彥旭解釋說，汞是一種有毒重金屬，其甲基化合物（甲基汞）會影響幼兒的智力發育和成人的心臟健康，導致新生兒智力損傷和誘發心臟病死亡。雖然《水俁公約》已于2017年8月正式生效，但其實施效果還未得到系統和定量的評估。

　　汞從排放源到對人體產生毒害作用，受到多個環節影響，包括大氣傳輸與沉降、氣—海交換、氣—陸交換、化學轉化(尤其是汞的甲基化)、食物網轉移等。這些過程也受氣候變化、土地利用、海洋環流和生態系統功能等因素影響。

　　為搞清這一問題，張彥旭課題組耦合了大氣、土壤和海洋模型，開發出一種全面的方法來預測未來汞排放變化的健康效應。

　　研究人員預測了5種不同排放情景下，2010年至2050年全球汞分布變化。在最樂觀的情景下，2050年淡水和海洋生物中甲基汞的濃度水平將降至當前的一半，而土壤汞的變化較小。推遲減排政策會顯著增加環境中汞的濃度水平。在兩種高排放情景（能源均衡發展情景和高溫室氣體排放情景）下，大氣汞沉降分別上升87%和59%。

　　攝食魚類要有選擇

　　“汞有很多種化學形態，不同的化學形態帶來的環境后果和問題也不同。其中，甲基汞是風險最大的汞化學形態之一。”南開大學環境科學與工程學院教授張彤告訴《中國科學報》，“汞是一種全球性污染物，傳播能力很強，這就是為什么在一些沒有汞污染源的地方，比如極地，仍然會檢測出較高濃度汞的原因。”

　　大氣、水體、土壤及生物圈，汞污染的影響無處不在，沒有人能置身事外。

　　“相比之下，魚類、稻米甲基汞含量偏高，而人體中的甲基汞主要來自食用被污染的魚類與稻米。”張彥旭說，“對個體而言，汞暴露風險的確是隨魚類和稻米的消費量增加而增加的。總體而言，稻米的風險小于魚類消費。”

　　2010年，美國食品藥品監督管理局（FDA）曾有一個金槍魚的建議食用量：每周不超過200克（針對體重超過100公斤，5年以上的金槍魚）。2018年8月，FDA聯合環境保護署（EPA）再次發布魚類消費建議，因汞含量問題，馬林魚、大鯖魚、旗魚、長壽魚、鯊魚、墨西哥灣方頭魚、大眼金槍魚7類兒童禁食。

　　“這個問題要辨證來看，魚類富含各種不飽和脂肪酸和維生素，對心血管系統有益，攝食魚類的整體健康效應依然是正的。“張彥旭說，”我們的研究并不建議少吃或不吃魚類，而是對魚類要有所選擇，避免攝食含汞量較高的魚類，如鯊魚（魚翅）、金槍魚等。”

　　專家建議，孕婦和兒童不要吃未經汞檢測的魚。比如，自己捕獲較大的野生魚，或多年生的、位于食物鏈頂端的魚。而市場上出售的魚都經過檢疫檢驗，汞含量在安全范圍之內。

　　不給明天遺留“歷史問題”

　　張彤認為，汞污染一個重要特點是自然源排放強度大，聯合國環境規劃署曾對排放源的強度進行了對比，結果發現，自然源和人源排放幾乎在一個數量級上。汞污染難以通過管控手段，通過新材料替代來完全實現源頭治理。

　　“比如火山、地殼活動我們控制不了，但它會導致汞的釋放。全球氣候變暖會導致冰川融化，造成原來封存起來的汞釋放。”張彤說，“因此，關注汞進入環境后的遷移轉化過程就非常必要。”

　　“目前，環境汞濃度是工業革命或人類大量開采汞礦之前的三至五倍。”張彥旭說，“與減少魚類攝食量相比，真正有效降低汞暴露風險的方式是減少人為汞排放。”

　　“我們預期《水俁公約》能有效控制汞排放。”張彥旭說，“但問題是‘歷史排放’，即公約之前人類活動排放的汞，在大氣—土壤—海洋中循環，會造成持續的健康風險。即使我們當前把排放減到零，汞污染也只能慢慢減輕，不會馬上消失，這個過程會持續幾十乃至上百年。因此，人類目前亟需控制排放，防止汞污染進一步加劇，也防止今天的排放成為明天的‘歷史排放’”。

　　諸多謎題尚待解答

　　4月26日，張彤團隊在《自然—地球科學》發表論文，介紹了關于“含汞礦物納米顆粒微生物甲基化過程機制”。他們的研究發現，天然有機質可通過調控初級納米粒子的生長方向，影響納米汞與厭氧細菌金屬轉運蛋白的結合過程，顯著抑制其甲基化潛能的自然衰減，導致富含有機質環境中甲基汞持續生成和積累。這為環境汞污染風險評估提供了理論依據，為設計開發高效的甲基汞污染阻控技術提供了新思路。

　　“甲基汞的生物富集性強、毒性強，但環境中、食物鏈中的甲基汞并非人類活動導致直接的排放，而是自然過程中在微生物的作用下產生的，所以我們一直想搞清楚這個過程是如何發生的。”張彤說，“弄清其機制，就可以有的放矢阻止這個過程，在一定程度上控制汞污染的風險。”

　　一旦汞進入環境中，就會發生一系列轉化。如果不能弄清汞在自然界的遷移轉化機制，人們就沒有辦法去控制它，最終會轉化成毒性非常強的物質（比如甲基化合物）。

　　“在汞研究領域，國內外很多科學家做出了非常漂亮的工作。但另一方面，汞在環境中的遷移轉化，汞的生物地球化學循環過程中很多機制并不清楚，預測模型的部分環節還處于‘黑箱’狀態。”張彤說，“在明確汞甲基化和自然衰減過程機制的基礎上，我們才能開發出低成本、環境友好的原位甲基汞污染阻控技術，為汞污染全球治理提供新策略。所以，要從根本上解決汞污染治理和修復問題，最重要的前提是我們要充分地認識自然，去揭開很多未知的謎題。”