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科学家发现大气化学过程将导致北冰洋汞污染加剧

2017/4/21 17:48:45  来源:中国科学技术大学   我要投稿

中国科学技术大学极地环境研究室谢周清课题组通过“雪龙”船考察,发现了夏季北冰洋大气汞循环的独特现象,并经分析认为夏季大气化学过程将导致北冰洋汞污染加剧。

汞,俗称水银,是一种大气污染物。由于汞具有较高的蒸气压、低溶解性和较长的大气保留时间,可以在全球传输,从而到达南北极等边远地区。在北极地区,已经发现大气汞在传输过程中会沉降进入水生生态系统,并随食物链在北极熊等生物体中富集,特别是在北极冬天向春天过度时,大气汞由于溴的氧化,转化为可溶性更强的二价汞,犹如下“汞雨”,加速了大气汞向北冰洋的沉降。与大家对冬春季节“汞雨”的关注相比,由于北冰洋夏季的大气被认为较干净,这个季节汞的过程被忽视。

该课题组依托我国极地破冰船“雪龙”号,建立了船基海洋大气环境化学观测平台,开展了多年的海洋边界层走航观测。在2012年的中国第五次北极考察期间,中国“雪龙”号首次横穿中心北冰洋,通过船基大气汞的在线高分辨率观测并结合2010年“雪龙”号在北冰洋考察的数据,获取了北冰洋大气汞的时空分布特征。

北冰洋大气汞呈现西高东低以及中心海冰区与开阔水域显著不同等空间分布特征。进一步的研究发现,这种变化与海冰融化和淡水输入有关。夏季,随海冰融化,一年或多年老冰中的汞进入水体,在太阳光和微生物作用下,溶于水中的汞被还原再次释放到大气中,导致冰区大气汞浓度高于开阔水域。另一方面,在无冰区楚科奇海大气汞浓度显著高于格陵兰方向海域和挪威海,并拌随海水盐度的下降及有色溶解有机物的上升,表明河流淡水的输入是导致北冰洋西高东低的重要因素。夏季,环北冰洋特别是楚科奇海的河流携带高浓度的汞进入北冰洋,从而增加海水中溶解态汞,与此同时,河流带入高浓度的有机溶解物增加了溶解态汞还原为零价气态汞的能力,进而释放到大气中。那么是否随着全球变暖,夏季海冰消融的加速以及环北极河流输入的增多,北冰洋向大气释放的汞将增大呢?

对比北冰洋夏季大气汞7月至9月的浓度后发现,2010年和2012年均表现为夏天大气汞浓度低于秋季,大气汞的变化与一氧化碳背景浓度波动显著相关,表明夏天北冰洋上空也会发生显著的大气化学过程,释放到大气中的汞被氧化重新降落到海洋和冰面上。北冰洋太阳辐射从7月到9月呈减小的趋势,夏季大气化学过程相对较强,从而表现为夏季大气汞浓度低于秋季。这意味着融冰和河水贡献的汞由于大气化学过程的作用,更多的留在北冰洋中,从而加剧汞对北极生态系统的危害。

上述研究工作得到了国家自然基金、极地专项和科技部等的支持。研究成果发表于Scientific Reports。

文章关键词:汞污染 大气汞 二价汞

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