我國科學家首次發現“山地汞誘捕效應”

發布時間：2013-11-29 13:24 原文鏈接：我國科學家首次發現“山地汞誘捕效應”

　　全球地表面積約有27%為山地(廣義，包括高原和丘陵在內)，而且全球有將近22%的人口生活在山地地區。我國是一個典型的多山國家，廣義的山地(包括高原和丘陵在內)共占全國陸地總面積的三分之二。我國的山地面積不僅廣大，而且地勢高峻，其中海拔高于1000米的山地和高原超過全國土地總面積的50%。因此，與山地系統相關的汞污染研究對于政策制定者準確認識和評估我國的汞污染問題具有重要的指導意義。然而，目前國際上對山地生態系統汞的生物地球化學循環特征和機理的認識尚不清楚。

　　中科院地球化學研究所馮新斌研究員帶領的汞污染研究團隊通過選取我國西南地區典型高海拔山地為研究區域，對不同海拔梯度下的苔蘚、凋落物、土壤及基巖等樣品進行系統采集并測試了樣品的總汞、甲基汞含量以及汞同位素組成，同時結合氣候、生物和其它環境因素, 綜合探討 “海拔效應”對山地環境汞的遷移、轉化和歸趨的影響和制約。通過利用新興的汞同位素示蹤手段結合傳統地球化學惰性元素“源”解析方法，研究人員最終實現了對土壤環境中汞的人為源(大氣沉降)和自然背景貢獻率的定量解析。研究結果表明，山地環境大氣汞沉降隨著海拔增加而逐漸升高，并成功解釋了山地土壤對大氣汞沉降的 “山地汞誘捕效應”(Mountain Trapping Effect of Mercury)的響應機制和特征規律(圖1和圖2)。

　　這項研究是國際汞研究領域對山地區域大氣汞沉降“海拔效應”的首次發現和報道，同時也是國際上第一次率先結合新興的汞同位素技術和傳統惰性元素示蹤方法對土壤環境汞的“大氣沉降”和“地質背景”貢獻率成功進行源解析的對比研究案例。其創新性的研究思路和方法體系不僅豐富了傳統地球化學的汞研究模式，對相關領域其它元素的生物地球化學循環的研究同樣具有啟示意義。

　　一般而言，較高海拔的山頂區域相對山麓區域除了具有頻繁的降雨和霧日天數以外(降雨相對周邊的低海拔區域來說，較高海拔的山地環境具有顯著的氣候、生物和環境分異特征，如山頂區域氣候通常表現為具有較低的大氣溫度、大氣壓及蒸發率，但卻具有較高的降雨量和濕度等。這些分異特征可能會導致高海拔山地區域環境中的汞與周邊低海拔區域相比具有不同的生物地球化學行為。所謂“山地汞誘捕效應”指較高海拔的山地區域相對周邊低海拔區域由于表現出“沉降多”(如降雨多、云霧多、濕度大等)以及“釋放少”(溫度低導致揮發少等)等特征，從而導致山地區域可能成為汞的相對聚集地帶。汞的這一屬性同“持久性有機污染”(POPs)極為相似，本研究為早期有關“汞可以被列入‘持久性有機污染物’(POPs)行列”的提議提供了一定的科學依據。

　　這項研究的開展對于全球/區域的汞的遷移和分布同樣具有重大啟示意義。由于目前廣泛應用的大氣汞污染模型(如CMAQ-Hg和GEOS-Chem)均忽略了“山地汞誘捕效應”，因此已有的認識可能低估了山地區域尤其是我國廣大的山地區域對汞的截留效應，從而高估了我國對全球汞循環的貢獻和影響。這一重大科學結論的發表不僅對我國的汞污染防治和國際汞污染談判提供了重要的理論基礎和決策依據，而且對汞全球遷移和循環機制的研究認識同樣具有重要的啟示意義并可能改寫國際上對全球/區域汞的循環和分布模式的傳統認識。在全球尺度上，大氣汞通過長距離遷移將傾向于從溫度較高的緯度帶遷移到溫度相對較低的極地區域形成蓄積，但陸地區域“山地汞誘捕”對汞的截留效應同樣不可忽略。

　　以上成果(Zhang, H. et al. Atmospheric mercury inputs in montane soils increase with elevation: evidence from mercury isotope signatures. Sci. Rep. 3, 3322;DOI:10.1038/srep03322(2013))發表在Nature出版集團旗下新創辦的的開源性綜合期刊《科學報告》(ScientificReports)上。

　　本研究成果受國家“973”項目 (2013CB430003)“ 我國汞污染特征、環境過程及減排技術原理”和國家基金委面上項目(41203092)“中國西南典型山地大氣汞沉降的海拔效應及汞污染的源解析”等相關項目的聯合資助。