中国科学家首次揭示环南极夏季大气汞亏损规律 大陆气团输送成主导因素

近年来,汞污染的全球循环与极地生态安全问题受到国际学界持续关注。

汞具有强神经毒性,可在大气中长距离迁移,最终抵达地球最偏远地区。

作为企鹅、海豹、磷虾等生物的重要栖息地,南大洋既是南极生态系统的关键支撑,也是全球汞的重要汇区之一。

在这一背景下,如何识别极地区域大气汞的关键转化过程、厘清其时空规律,成为准确评估生态风险的重要前提。

问题在于,极地大气汞循环中存在一种特殊现象——大气汞亏损事件,即大气中零价汞浓度在较短时间内出现显著下降。

已有研究多将其与极地春季日出后海冰区的光化学过程联系起来,认为海冰释放的活性卤素物质可驱动零价汞快速氧化并沉降。

然而,南极一年中生物活动最活跃的夏季,以及南极生物主要活动的南大洋海域,汞亏损事件究竟在何处更易发生、由哪些过程控制、是否存在更强的生态暴露风险叠加,长期缺乏系统观测支撑与统一解释框架。

围绕上述关键科学问题,中国科学技术大学谢周清、乐凡阁团队利用“雪龙”号科考平台,在我国第33次南极科学考察期间实施高分辨率走航观测,完成国际上首次环绕南极大陆的大气汞连续观测任务。

在大范围、连续航线与多时段数据支撑下,研究团队对南大洋夏季大气汞亏损事件进行了系统识别与统计分析,清晰呈现其绕极分布特征,并进一步追踪影响其形成的关键驱动因素。

研究显示,南大洋夏季大气汞亏损并非零散、偶发地分布于局部海域,而呈现具有规律性的空间格局。

更为重要的是,研究提出该格局主要受来自南极内陆的气团输送影响:在特定大气环流条件下,南极大陆上空形成的气团向海洋边缘区输送,与海洋大气边界层过程发生耦合,进而促使零价汞加速氧化并沉降。

这一判断对传统观点形成重要补充,即夏季南大洋的汞亏损现象不应仅从海洋环境变化出发理解,还需纳入“陆—海”大气耦合过程及大陆源区影响的整体视角。

从原因分析看,夏季南极区域的辐射条件、边界层结构及环流形势与春季存在显著差异,单纯以海冰光化学机制解释夏季南大洋汞亏损,难以覆盖其绕极分布与热点出现的现实特征。

此次走航观测强调气团输送的主导作用,为解释“为何在夏季、为何在特定边缘海更易出现汞亏损”提供了新的证据链:一方面,南极内陆冷高压与沿岸下降风等环流特征可能为向海洋输出氧化态汞或其前体物质创造条件;另一方面,海洋边界层的化学反应与气象条件使得汞的氧化沉降更易发生,形成可观测的浓度快速下降过程。

影响层面,研究提出的空间重叠现象值得警惕:夏季恰逢南极生物繁殖与觅食高峰期,而汞亏损热点区域与罗斯海、普里兹湾等关键生物栖息地存在对应关系。

由于汞亏损事件会显著加速汞从大气向地表和海洋的沉降输入,这意味着在生物最活跃的季节、最关键的栖息地周边,生态系统可能面临更高的汞暴露压力。

考虑到汞在食物链中的富集效应,其潜在生态风险并不局限于短期输入变化,还可能通过低营养级生物向上游传递,对南极生态系统健康与脆弱物种造成累积性影响。

对策与建议方面,业内人士认为,应以此次观测成果为基础,进一步构建覆盖南极大陆与南大洋边缘海的综合监测网络,强化大气汞形态、沉降通量及相关卤素化学、气溶胶过程的协同观测,提升对汞“输送—转化—沉降”链条的定量刻画能力。

同时,可将汞循环过程与海洋生态调查、关键物种监测相结合,评估汞输入变化对生物繁殖期与栖息地的综合影响,为极地环境保护与风险评估提供更具可操作性的科学支撑。

从前景判断看,随着气候变化对南极环流形势、海冰分布、海气交换过程的持续影响,南大洋汞循环及其生态效应可能呈现新的时空变化特征。

此次研究将“南极内陆—海洋边缘海”的耦合机制纳入解释框架,有助于提升对未来变化的预测能力,也为国际社会理解极地环境变化背景下的全球污染物迁移规律提供重要观测证据与科学参考。

南极是地球最后的净土,也是全球气候变化和污染物循环的重要观测窗口。

中国科学技术大学的这项研究,通过揭示大气汞在极地的循环规律,不仅填补了国际学术空白,更深刻揭示了全球污染物跨区域传输的复杂机制。

这提示我们,保护极地生态环境需要从全球视角出发,加强陆-海-气耦合过程的认识,同时也呼吁国际社会在汞等全球性污染物防治上加强合作,共同守护这片地球的生命禁区。