近日，清华大学环境学院王书肖团队结合全球自然沉积物中汞累积通量和数值模拟的大气汞沉降结果，揭示了全球生态系统对大气汞输入变化的响应，论文发表在National Science Review（《国家科学评论》, NSR）上。

汞污染：全球性的环境问题

汞因其高毒性和生物富集能力，被世界卫生组织（WHO）重大公共卫生关切的十大化学品类之一。人为活动如金属冶炼和化石燃料燃烧，以及自然活动如火山喷发，是汞的主要来源。这些活动释放的汞主要以气态形式存在，因此可以长距离传播，最终通过干沉降和湿沉降过程，污染全球陆地和海洋生态系统。尽管汞污染历史悠久，但关于生态系统中长时间序列的汞污染数据仍然稀缺，不同生态系统对大气汞输入变化的响应规律仍不清楚。

本研究：从大气到生态

研究团队首先构建了一个涵盖冰、泥炭、湖泊和海洋沉积物的全球自然沉积物汞累积数据库（见图1）。分析结果表明，1700年至2012年间这四种沉积物中的汞通量增加了五至九倍。结合全球自然沉积物的汞累积通量和GEOS-Chem模型模拟的全球大气汞沉降，比较了不同生态系统对大气汞沉降变化的响应。结果显示，湖泊和泥炭沉积物的汞通量与大气汞沉降呈现出相同的变化趋势，而冰川和海洋对大气沉降变化的响应则不明显。这一结果表明，为恢复受汞污染影响的高原冰川和海洋生态系统，目前控制大气汞排放及沉降的环境政策可能效果有限，因此需要针对这些生态系统制定更有针对性的修复策略。

图1 全球沉积物汞累积通量与GEOS-Chem模拟的大气汞沉降的对比

发达地区和发展中地区沉积物中汞累积的时空变化也显示出显著差异（见图2）。在发展中地区，如东亚和非洲，湖泊沉积物中的汞累积通量呈上升趋势，这主要是由于煤炭使用、小规模手工冶金活动和工业发展的综合影响。而在发达地区，例如欧洲，自1950年以来，湖泊和泥炭沉积物中的汞通量显著下降，这证明了当地环境政策的有效性。相比之下，同为发达地区的北美，其湖泊和泥炭中的汞累积通量并没有显著下降，这一差异可能是因为北美在研究时间范围内仍消耗了较多的煤炭。因此，这一时空变化分析强调了煤炭消费对全球生态系统（尤其是沉积物）汞污染的贡献。

图2 各地区分沉积物种类的汞累积通量年际变化1700-2012

前景与意义

1. 这项跨学科研究结合了自然地理学和大气科学的方法，将沉积物汞累积与大气汞沉降联系起来。这种新方法为研究生态系统对污染输入变化的反应提供了一条新的途径。

2. 该研究编制了1700年至2012年全球自然沉积物汞累积数据库，并模拟了1980年至2012年的全球大气汞沉降，为支持未来科学研究和政策设计提供了重要数据集。

3. 通过比较不同地区和生态系统的沉积物汞累积通量，该研究识别出了汞累积较高的关键地区，对今后制定有效的汞污染生态修复策略具有重要参考价值。

该研究第一作者为陈琴琴博士，通讯作者是王书肖教授。研究得到国家自然科学基金（22222604、42394094、42407138）、博士后国际交流计划引进项目（YJ20210103）、清华大学水木学者基金（2020SM075）和环境模拟与污染控制国家重点联合实验室专项基金（22L02ESPC）资助。

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Mercury records from natural archives reveal ecosystem responses to changing atmospheric deposition

https://doi.org/10.1093/nsr/nwae417