根據麻省理工學院的一項新研究，每年排放到大氣中的人為汞中，約有10% 是全球森林砍伐的結果。從亞馬遜熱帶雨林到撒哈拉以南非洲的熱帶草原，全世界的植被就像一個匯，將有毒污染物從空氣中清除。然而，如果目前的森林砍伐速度保持不變或加快，研究人員估計汞的淨排放量將持續增加。

數據、系統和社會研究所（IDSS）前博士後、本研究的第一作者阿里-費恩伯格說：”我們一直忽視了汞的一個重要來源，尤其是在熱帶地區。”

研究人員的模型顯示，亞馬遜雨林作為汞匯發揮特別重要的作用，約佔全球陸地汞匯的30%。因此，遏制亞馬遜森林砍伐可對減少汞污染產生重大影響。

研究團隊也估計，全球植樹造林工作可使每年的汞吸收量增加約5%。雖然這意義重大，但研究人員強調，不能只靠植樹造林來取代全球範圍內的污染控制工作。

“各國在減少汞排放方面付出了巨大努力，尤其是北方工業化國家，這是有充分理由的。但全球10% 的人為汞排放源是非常可觀的，而且未來可能會更多。[解決這些與與森林砍伐相關的排放問題]需要成為解決方案的一部分，」資深作者、IDSS 和麻省理工學院地球、大氣與行星科學系教授Noelle Selin 說。

與費恩伯格和塞林共同撰寫這篇論文的還有巴塞爾大學前瑞士國家科學基金會Ambizione研究員Martin Jiskra、義大利羅馬特雷大學教授Pasquale Borrelli和瑞士聯邦水產科學與技術研究所博士後Jagannath Biswakarma 。這項研究成果最近發表在《環境科學與技術》。

水銀模型

在過去的幾十年裡，科學家通常把重點放在研究作為全球二氧化碳排放源的森林砍伐上。微量元素汞卻沒有受到同樣的關注，部分原因是陸地生物圈在全球汞循環中的作用直到最近才得到更好的量化。

植物葉片從大氣中吸收汞，就像吸收二氧化碳一樣。但與二氧化碳不同的是，汞對植物並不具有重要的生物功能。汞主要停留在葉子中，直到落到森林地面上，才被土壤吸收。

汞如果進入水體，就會被微生物甲基化，成為人類嚴重關切的問題。甲基汞是一種強效神經毒素，可被魚類吸收，並透過食物鏈進行生物累積。這會導致人類食用的魚類體內甲基汞含量達到危險水平。

「在土壤中，汞比沉積在海洋中的汞結合得更緊密，這樣，森林就能減少海洋中有毒甲基汞的含量。」費恩伯格表示，他現在是西班牙布拉斯-卡布雷拉物理化學研究所（Blas Cabrera Institute of Physical Chemistry）的博士後。

許多關於汞的研究都專注於工業來源，如燃燒化石燃料、小規模採金業和金屬冶煉。一項全球性條約–2013 年《水俁公約》呼籲各國減少人為排放。但是，它並沒有直接考慮森林砍伐的影響。

研究人員進行研究的目的就是要填補這一空白。在過去的工作中，他們建立了一個模型來探測植被在汞吸收中的作用。利用一系列土地利用變化情景，他們對模型進行了調整，以量化森林砍伐的作用。

評估排放

此化學遷移模型可追蹤汞從排放源到大氣中發生化學變化的過程，然後主要透過降雨或吸收到森林生態系統中，最終沉積到何處。

他們將地球劃分為八個區域，並對每個區域進行模擬，計算出森林砍伐的排放係數，同時考慮植被類型和密度、土壤中的汞含量以及歷史上的土地使用等因素。

然而，有些地區的良好數據卻很難取得。他們缺乏來自熱帶非洲或東南亞–這兩個森林砍伐嚴重的地區–的測量數據。為了彌補這一不足，他們使用更簡單的離線模型模擬了數百種情景，這有助於他們改進對潛在不確定性的估計。

他們還針對土壤中的汞排放開發了一種新的配方。這種公式捕捉到了這樣一個事實，即砍伐森林會減少樹葉面積，從而增加照射到地面的陽光量，加速土壤中汞的排出。

模型將世界劃分為網格方格，每個方格的面積為數百平方公尺。透過改變某些方格中的地表和植被參數來代表砍伐森林和重新造林的情況，研究人員可以捕捉到對汞循環的影響。

研究發現由於砍伐森林，約有200 噸汞被排放到大氣中，約佔人為排放總量的10%。但在熱帶和亞熱帶國家，毀林排放佔總排放量的比例更高。例如，巴西的森林砍伐排放量佔人為排放總量的40%。

此外，人們經常點火，讓熱帶林區為農業活動做好準備，這又會釋放出植被中儲存的汞，造成更多排放。

費恩伯格補充說：”如果毀林是一個國家，那麼它將是僅次於中國的第二大汞排放國，中國每年排放約500 噸汞。”

《水俁公約》目前正主導處理原生汞排放問題，科學家可以預見，未來森林砍伐將在人為排放中佔據更大的比重。

“保護森林或砍伐森林的政策會產生超出其目標的意外影響。重要的是要考慮到這些都是系統，涉及人類活動，我們需要更好地了解它們，才能真正解決我們知道存在的問題，” Selin 說。

該研究小組希望透過提供這項首次估算結果，激勵在這一領域進行更多研究。未來，他們希望在分析中加​​入更多動態地球系統模型，這樣就能以互動方式追蹤汞吸收情況，並更好地模擬植被重新生長的時間尺度。

「這篇論文透過量化一個長期以來一直被認為但尚未量化的途徑，在我們對全球汞循環的理解方面取得了重要進展。」密西根州立大學地球與環境科學系助理教授傑基-格爾森（ Jackie Gerson）說：”迄今為止，我們的大部分研究都集中在主要的人為排放上，即人類活動通過燃煤或手工和小規模採金業中汞金汞合金燃燒直接產生的排放。這項研究表明，砍伐森林也會導致大量汞排放，需要在全球汞模型和土地管理政策中加以考慮。因此，這項研究有可能在科學上推動我們的領域，並促進制定減少毀林造成的汞排放的政策。”

參考文獻：《森林砍伐是汞污染的人為驅動因素》，作者：Aryeh Feinberg、Martin Jiskra、Pasquale Borrelli、Jagannath Biswakarma 和Noelle E. Selin，2024 年2 月8 日，《環境科學與技術》。

DOI: 10.1021/acs.est.3c07851

編譯自: ScitechDaily