世界最深的海沟 人类的汞污染真的有吗?

2020-11-18 10:51   来源: 互联网    阅读次数:2381

60 多年前,日本爆发了震惊世界的 "水俣病"。水俣病的罪魁祸首是甲基汞。汞是一种有毒和全球可传播的污染物,今天的汞排放量比工业革命前高出大约三至五倍,从而导致地表生态系统中的汞污染显著增加。今天主流观点认为,海洋中的甲基汞主要产生于中央海洋缺氧地区(100 米 /1000 米)。随着空中汞数据覆盖范围的扩大,越来越多的研究表明,深海(1000 米以上)的甲基汞含量可能并不低。


几天前,在 "自然通讯" 上发表的一篇文章 " 甲基汞从上层海洋入侵马里亚纳海沟证实,人造汞可能已经到达地球上最偏远海洋生态系统的食物网,并对脆弱的深渊生态系统造成潜在危害。在本研究中,天津大学地球系统科学学院副教授孙若玉、刘怡与中国科学院深海科学与工程研究所、法国科学院图卢兹地球环境研究所、南开大学和南京大学合作,利用深海着陆器从马里亚纳海沟采集生物样品,揭示海底甲基汞通过汞同位素的来源和迁移。


然而,由于人类对深海的勘探有限,深海中甲基汞的富集程度,人造汞和天然汞的比例,以及是否有其他途径将甲基汞输送到深海,世界各地数十个海沟系统是否有相同的来源和迁移路线仍然是一个谜。


学术界一直认为,公里以下的深海不会受到甲基汞的污染


汞是世界上唯一在室温和压力下存在于液体中的金属元素,具有很强的挥发性。"汞是在自然和人类活动中产生的。汞有多种天然来源,如火山爆发和森林火灾。然而,煤和石油燃烧、采矿和冶炼等人类活动是造成海洋环境汞污染的主要原因。" 这篇文章的第一作者孙若玉说,进入海洋的汞在细菌的作用下可以转化为剧毒的甲基汞,甲基汞很容易在生物体中富集,并通过食物链进入高级鱼类、哺乳动物和人体。例如,剑鱼中甲基汞的浓度比鲑鱼高 40 倍。


因此,在全球变化的背景下,研究海洋甲基汞的生成、转化和富集对制定全球和区域环境政策,如 "关于汞的水俣公约" 具有重要意义。


以前发表在 "自然" 杂志和其他科学期刊上的研究表明,目前海洋中约有 6 万吨人造汞,其中 2 / 3 位于上层海洋,其余 1 / 3 位于北大西洋深海和快速形成深水区域的南极洲底水中。


以前的研究表明,由于欧洲和美国等国在北大西洋大规模工业化的影响,人为汞排放增加,导致大气中汞含量增加。大气中的汞进入上层海洋并受到洋流的影响。当海水流入北冰洋时,由于海水温度下降,海水迅速下沉,加速了人为来源的汞向海洋深处的沉淀。" 孙若玉说,研究人员已经发现并证实,这些地区的深海中存在人为甲基汞。


但当研究人员使用同样的方法估算太平洋深海中是否存在汞污染时,他们得出的结论是,从理论上讲,太平洋深海基本上没有汞污染。由于太平洋不位于深水形成区,如果上层海水受到污染,海水缓慢混入下层,这是一个很长的过程。孙若雨说,由于洋流的影响,污染的海水从大西洋深处流到太平洋深处超过两万公里,速度也很慢,可能需要几千年的时间。


基于这些研究,学术界长期以来一直认为甲基汞主要存在于海洋顶部几百米的深度,一公里以上的深海基本上没有人为汞污染,被认为是地球上最后一片 "纯净的陆地"。



近年来,随着深海探测热的兴起和深海飞行器技术的快速发展,国内深海车辆和渔船可到达 1 万米深海作业。”我们选择马里亚纳海沟取样,因为这是已知最深的海洋。如果汞污染能到达这里,其他地方也应该存在,”孙若愚说,从 2016 年到 2017 年,孙若愚的团队在马里亚纳和亚普海沟部署了精确的深海取样器,在 7000-11000 米处捕捉到了狮子鱼和河虾等独特的动物群,在 5500-9200 米处采集了沉积物。结果表明,与淡水和沿海地区的同类两头足类相比,深海沼虾的总汞和甲基汞含量明显丰富。




孙若愚等研究人员发现,7000-11000m 海沟生物的汞同位素组成与上层海洋(1000 米以内)相似。结合深水生成模式、甲基汞的生命周期和沟道区颗粒物的运移途径,本研究认为沟道生物甲基汞主要来源于上层海洋;表层海洋中的光降解甲基汞与中层海洋中的不可光降解甲基汞混合,然后通过下沉的颗粒进入深海食物链系统。


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孙若愚解释说:“大气中的汞随降雨沉积在表层海洋中,然后以鲸鱼坠落(指鲸鱼死后沉入海底的现象)和死藻颗粒等小颗粒物的形式输送到深海。在此过程中,马里亚纳海沟独特的地质构造导致地震频繁发生,漏斗放大系统将加速小颗粒物的传播。我们测量了汞的同位素组成,以确定汞的富集程度。结果表明,这些底栖生物与太平洋 400-600 米深处的鱼类非常吻合,相关证据表明,汞可能来自近几十年,因此大部分来自人类活动。”




“目前,对生物体内汞及其同位素的检测是间接证据,只有直接检测海水中汞含量和同位素才是直接证据。”但由于海水中汞含量极低,现有的检测技术很难直接、准确地测定海水中汞的同位素组成,因此有必要开发更好的技术来获得直接证据来支持这一结论。




“此外,在马里亚纳海沟深海发现的甲基汞中,人造汞和天然汞的比例无法通过同位素检测来确定。”


 


海洋生物需要食物才能生存。鲸鱼登陆,连同热液和冷泉,被称为深海生物的“绿洲”。它们共同促进海洋生物的繁荣。”通过对海洋生物中汞同位素的检测,证明鲸滴是甲基汞转移的途径之一。但我们还没有对过热器和冷泉周围的样本进行检测,因此我们无法确定它们是否也是深海甲基汞的来源。如果是这样的话,深海鱼类中冷水和热液中的甲基汞含量是多少?”孙若愚说,这些问号还需要进一步抽样核实。




此外,世界上还有几十个地沟系统。这些地沟系统是否具有相同的来源和迁移路径?”目前,我们需要对这些海沟系统的深海区域进行采样,以证明它们是否与马里亚纳海沟相似。”孙若愚说,只有多样化分析,才能做出合理的模型,这样才能更好地了解海洋最深处的汞源,这将有助于模拟水星在海洋中的命运。




“如果我们大胆地推测,深海可能存在未知的潜流,而且速度相对较快,很快就有可能把上层海水带到太平洋深水区。”孙若愚说,深海中未知的东西太多,科学家需要继续探索。


责任编辑:萤莹香草钟
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