已開發地區和發展中地區沉積物中汞累積的時空變化顯示出顯著差異
近日，清華大學環境學院王書肖團隊結合全球自然沉積物中汞累積通量和數值模擬的大氣汞沉降結果，揭示了全球生態系統對大氣汞輸入變化的響應，論文發表在National Science Review（《國家科學評論》， NSR）上。
汞污染：全球性的環境問題
汞因其高毒性和生物富集能力，被世界衛生組織（WHO）重大公共衛生關切的十大化學品類之一。人為活動如金屬冶煉和化石燃料燃燒，以及自然活動如火山爆發，是汞的主要來源。這些活動釋放的汞主要以氣態形式存在，因此可以長距離傳播，最終透過乾沉降和濕沉降過程，污染全球陸地和海洋生態系統。儘管汞污染歷史悠久，但關於生態系中長時間序列的汞污染數據仍然稀缺，不同生態系對大氣汞輸入變化的反應規律仍不清楚。
本研究：從大氣到生態
研究團隊首先建構了一個涵蓋冰、泥炭、湖泊和海洋沉積物的全球自然沉積物汞累積資料庫（見圖1）。分析結果表明，1700年至2012年間這四種沉積物中的汞通量增加了五至九倍。結合全球自然沉積物的汞累積通量和GEOS-Chem模型模擬的全球大氣汞沉降，比較了不同生態系統對大氣汞沉降變化的反應。結果顯示，湖泊和泥炭沉積物的汞通量與大氣汞沉降呈現相同的變化趨勢，而冰川和海洋對大氣沉降變化的反應則不明顯。這項結果表明，為恢復受汞污染影響的高原冰川和海洋生態系統，目前控制大氣汞排放及沉降的環境政策可能效果有限，因此需要針對這些生態系統制定更有針對性的修復策略。
已開發地區和發展中地區沉積物中汞累積的時空變化也顯示出顯著差異（見圖2）。在發展中地區，如東亞和非洲，湖泊沉積物中的汞累積通量呈上升趨勢，這主要是由於煤炭使用、小規模手工冶金活動和工業發展的綜合影響。而在已開發地區，例如歐洲，自1950年以來，湖泊和泥炭沉積物中的汞通量顯著下降，證明了當地環境政策的有效性。相較之下，同為已開發地區的北美，其湖泊和泥炭中的汞累積通量並沒有顯著下降，這種差異可能是因為北美在研究時間範圍內仍消耗了較多的煤炭。因此，這項時空變化分析強調了煤炭消費對全球生態系統（尤其是沉積物）汞污染的貢獻。
前景與意義
- 這項跨學科研究結合了自然地理學和大氣科學的方法，將沉積物汞累積與大氣汞沉降聯繫起來。這種新方法為研究生態系對污染輸入變化的反應提供了一條新的途徑。
- 該研究編制了1700年至2012年全球自然沉積物汞累積資料庫，並模擬了1980年至2012年的全球大氣汞沉降，為支持未來科學研究和政策設計提供了重要資料集。
- 透過比較不同地區和生態系統的沉積物汞累積通量，該研究識別出了汞累積較高的關鍵地區，對今後制定有效的汞污染生態修復策略具有重要參考價值。
研究第一作者為陳琴琴博士，通訊作者為王書肖教授。研究獲得國家自然科學基金（22222604、42394094、42407138）、博士後國際交流計畫引進計畫（YJ20210103）、清華大學水木學者基金（2020SM075）和環境模擬與污染控制國家聯合實驗室專項污染基金（2L0ES2PC）重點聯合實驗室專項污染基金（2L0ES2PC）重點聯合實驗室專案資助。