近日，中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)在極地汞的生物地球化學(xué)循環(huán)方向取得重要進(jìn)展。我校地球和空間科學(xué)學(xué)院、安徽省極地環(huán)境與新污染物重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室謝周清、樂(lè)凡閣團(tuán)隊(duì)在國(guó)際上率先開(kāi)展環(huán)南極大氣汞走航觀(guān)測(cè)，系統(tǒng)揭示了南大洋夏季大氣汞虧損事件的繞極分布特征及其關(guān)鍵驅(qū)動(dòng)因素，并首次證實(shí)其空間分布格局主要受來(lái)自南極內(nèi)陸的氣團(tuán)輸送主導(dǎo)，而非傳統(tǒng)認(rèn)知的海洋環(huán)境主導(dǎo)。這一新認(rèn)識(shí)為深入理解極地汞循環(huán)過(guò)程及其生態(tài)環(huán)境效應(yīng)提供了全新視角，相關(guān)研究成果以“Continental outflow shapes the circum-Antarctic pattern of summertime atmospheric mercury depletion zones”為題，于近日在《自然?通訊》（Nature Communications）在線(xiàn)發(fā)表。
汞是一種具有強(qiáng)神經(jīng)毒性的全球性污染物，可通過(guò)大氣長(zhǎng)距離傳輸?shù)竭_(dá)南極。南大洋是南極生物（如企鵝、海豹、磷蝦）的棲息地，也是全球汞的重要匯區(qū)。大氣汞虧損事件（AMDEs）是極地大氣汞循環(huán)中的特殊現(xiàn)象，一般指極地春季日出后，大氣零價(jià)汞（Hg(0)或GEM）濃度急劇下降的現(xiàn)象。該現(xiàn)象能顯著加速汞的大氣氧化與沉降，增加極地生態(tài)系統(tǒng)汞暴露風(fēng)險(xiǎn)。以往研究認(rèn)為，該現(xiàn)象主要發(fā)生在春季的海冰區(qū)域，由海冰光化學(xué)過(guò)程釋放的溴驅(qū)動(dòng)，導(dǎo)致Hg(0)在大氣中被大量氧化、清除。然而，對(duì)于占南極一年中生物活動(dòng)最活躍時(shí)期的夏季以及南極生物的主要棲息地的南大洋，其大氣汞虧損事件的發(fā)生規(guī)律與成因尚不清楚。
研究團(tuán)隊(duì)依托“雪龍”號(hào)科考船，在我國(guó)第33次南極科學(xué)考察期間，成功實(shí)施了國(guó)際上首次環(huán)繞南極大陸的大氣汞高分辨率走航觀(guān)測(cè)，并針對(duì)上述問(wèn)題開(kāi)展研究。所獲觀(guān)測(cè)數(shù)據(jù)表明：夏季南大洋大氣汞虧損事件（定義為大氣零價(jià)汞濃度低于0.6ng/m3）總體發(fā)生頻率達(dá)7.6%，甚至高于部分南極站點(diǎn)春季的發(fā)生頻率，且環(huán)南極空間分布極不均勻。其中，世界上最大的海洋保護(hù)區(qū)羅斯海海域最為顯著，該區(qū)域29%的觀(guān)測(cè)時(shí)間均處于大氣汞虧損狀態(tài)，而宇航員海、威德?tīng)柡５炔糠趾Ｓ騽t極少發(fā)生（頻率小于1%）。
圖 中國(guó)第33次南極科考期間大氣零價(jià)汞濃度的時(shí)間序列（a）及環(huán)南極空間分布圖（b）
關(guān)于獨(dú)特空間分布格局的形成機(jī)制，研究團(tuán)隊(duì)通過(guò)綜合運(yùn)用廣義相加模型模擬與濃度權(quán)重軌跡分析等多種技術(shù)手段，揭示了與傳統(tǒng)觀(guān)點(diǎn)不同的關(guān)鍵驅(qū)動(dòng)因素：其主要驅(qū)動(dòng)力并非源于海洋環(huán)境，而是來(lái)自南極大陸內(nèi)部。研究表明，夏季南極高原、冰架及上對(duì)流層的高大氣氧化性環(huán)境可導(dǎo)致內(nèi)陸大氣Hg(0)被有效氧化，并通過(guò)南極冰蓋表面劇烈輻射冷卻形成的下降風(fēng)快速輸送至南極邊緣海域。在羅斯海、普利茲灣等下降風(fēng)輻合區(qū)，該輸送效應(yīng)尤為集中，從而在環(huán)南極尺度上塑造了夏季大氣汞虧損熱點(diǎn)海域。
本研究首次清晰展示了夏季南大洋大氣汞虧損事件的環(huán)南極空間分布特征，并闡明了南極“陸-?！贝髿怦詈线^(guò)程在其中發(fā)揮的核心作用。研究進(jìn)一步指出，夏季正值南極生物繁殖高峰期，而上述夏季大氣汞虧損熱點(diǎn)區(qū)域，恰好與羅斯海、普里茲灣等關(guān)鍵生物棲息地重疊。這意味著，夏季南極大陸可能通過(guò)下降風(fēng)傳輸成為向南大洋邊緣海輸送氧化態(tài)汞的重要源區(qū)，進(jìn)而潛在地加劇南大洋生態(tài)系統(tǒng)的汞暴露風(fēng)險(xiǎn)。
該成果是研究團(tuán)隊(duì)繼首次發(fā)現(xiàn)海冰邊緣區(qū)是夏季北極重要的大氣汞排放源(Yue et al. , Nat. Commun. 14, 4887,2023)，并揭示其內(nèi)在驅(qū)動(dòng)機(jī)制后（Yue et al., Nat. Commun. 16, 6075, 2025），在極地大氣汞生物地球化學(xué)循環(huán)方向取得的又一重要成果。該研究團(tuán)隊(duì)依托我國(guó)極地破冰船“雪龍”號(hào)和“雪龍2”號(hào)以及與國(guó)外合作開(kāi)展了長(zhǎng)期的極地汞多學(xué)科協(xié)同觀(guān)測(cè)，其中團(tuán)隊(duì)骨干樂(lè)凡閣特任副研究員先后參加國(guó)際北極氣候研究多學(xué)科漂流觀(guān)測(cè)計(jì)劃（MOSAiC），隨“雪龍”號(hào)到達(dá)北極點(diǎn)，參與了我國(guó)首次北極載人深潛科考以及南大洋考察。
此項(xiàng)發(fā)現(xiàn)不僅深化了對(duì)極地汞生物地球化學(xué)循環(huán)規(guī)律的科學(xué)認(rèn)知，也為準(zhǔn)確評(píng)估極地生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)提供了新的科學(xué)依據(jù)。
研究工作得到了國(guó)家自然科學(xué)基金資助。
論文鏈接：https://www.nature.com/articles/s41467-025-67864-5
（地球和空間科學(xué)學(xué)院、科研部）
