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EP:凍土汞同位素“指紋”揭示大氣汞跨境汙染
2019-12-17      
  “非傳統重金屬穩定同位素”的研究是國際上同位素地球化學研究的前沿領域。作爲一種新的地球化學示蹤手段,近些年來“非傳統重金屬穩定同位素”的研究得到迅速發展。重金屬汙染是當今全球面臨的嚴重環境問題,在所有的重金屬汙染元素中,汞(Hg)的毒性位居首列,備受政府和公衆關注。因此,通過運用汞穩定同位素“指紋”開展汞汙染跨境傳輸研究,爲我們深入揭示汞汙染物在第三極地區的生物地球化學循環規律開辟了新途徑。
  第三极环境自身较为洁净,但毗邻南亚次大陆等人类活动密集区。因此在西风和季风相互作用之下,周边源区汞污染物极有可能通过大气环流跨境传入青藏高原腹地(图1)。hb体育圈层作用与环境变化团队/中國科學院青藏高原地球科学卓越创新中心黄杰副研究员与中國科學院冰冻圈科学国家重点实验室康世昌研究员等合作者依托“南亚通道”科考完成跨喜玛拉雅“西南-东北”断面表层冻土样品采样(图2),并对样品中汞含量及同位素组成开展综合分析。结果表明表土汞浓度呈现由南往北的递减趋势,在越接近南亚污染密集区的喜马拉雅山脉南端土壤汞浓度越高。而且南北断面上冻土汞浓度与土壤有机质含量并没有显著的相关关系,表明南北断面上汞含量呈现出的梯度变化特征与南亚跨境汞污染密切相关。
  從凍土樣品汞同位素特征來看,喜瑪拉雅山南坡的同位素質量分餾(MDF-δ202Hg)比值(-1.43~0.31‰)低于北坡(-0.59~0.69‰),而且南坡的δ202Hg值更接近南亞汙染源人爲排放特征(圖3)。同樣地,汞同位素質量分餾(MDF-δ202Hg)與非質量分餾(MIF-Δ199Hg)指紋圖進一步揭示出凍土汞受南亞源區和自然本地兩個端元的共同混合影響,勾勒出大氣汞汙染物由南往北方向跨境進入高原腹地的傳輸過程。此外,非質量分餾信號Δ199Hg/Δ201Hg的斜率約爲0.92,表明進入凍土汞汙染物主要受到光致還原的影響。更爲重要的是,凍土汞的非質量分餾比值(MIF-Δ199Hg)大部分表現爲負值(圖3),表明凍土中汞主要來源于單質氣態汞(Hg0)直接沈降和地表凋落物的貢獻,Hg0幹沈降是跨境汞汙染物進入青藏高原地表生態環境的重要途徑。
  以上認識表明,人類活動正在改變第三極地區汞生物地球化學循環的格局。而且相對于傳統的汞濃度或形態的表征研究方法,本研究通過汞同位素手段確證南亞大氣汞汙染物的跨境傳輸事實,表明青藏高原的生態系統受跨境大氣汞汙染的影響顯著,將對環境安全構成重大威脅。
  本研究得到国家自然科学基金委、中國科學院A类战略性先导专项“泛第三极环境变化与绿色丝绸之路建设”和中國科學院青年创新促进会资助。上述研究成果已发表于Environmental Pollution(黄杰为第一作者,論文链接:https://doi.org/10.1016/j.envpol.2019.113432, Huang, J., Kang, S., Yin, R., Guo, J., Lepak, R., Mika, S., Tripathee, L., Sun, S., 2020. Mercury isotopes in frozen soils reveal transboundary atmospheric mercury deposition over the Himalayas and Tibetan Plateau. Environmental Pollution 256, 113432)。
图1 第三极受南亚源区汞排放影响的概念示意图
图2 跨境断面表层冻土采样点示意图
  
图3 冻土与高原其它环境介质及南亚人类活动端元的汞同位素(Δ199Hg vs δ202Hg)對比圖  
 
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