浮游植物活动和海冰消溶活动促进北冰洋有毒汞的释放

近日，中国科技大学教授谢周青、特别副研究员乐凡阁团队基于北冰洋现场观测，揭示了浮游植物活动和海冰融化引起的局部对流对夏季北冰洋汞排放及其时空变化的关键控制作用。7月2日，相关结果发表在《自然通信》上。

汞是一种具有神经毒性的全球性污染物，可通过大气环流长途运输。大气汞包括三种形式：零价汞、气态汞和颗粒氧化汞。其中，零价汞一般占大气汞的90%以上，因此零价汞的含量可接近大气汞的含量。北极夏季“汞反弹”是一种特殊现象：每年7月至8月，北极大气零价汞浓度将大幅上升，可达到北半球背景水平的近两倍。这种现象很可能增加北极苔原等陆地生态系统汞暴露的风险。该团队此前曾发现，夏季边缘冰区大气汞排放明显，但驱动机制尚不清楚。

针对上述问题，研究小组在中国第13届北冰洋科研期间，重点开展了从白令海峡到北极大气-海洋零价汞的同步观测。结合多学科观测和统计模型分析，揭示了推动北极夏季“汞反弹”的三个关键因素。

边缘冰区零价汞高排放潜力。研究小组发现，在北极楚科奇海边缘冰区，海表零价汞浓度的增加与大气“汞反弹”现象高度一致。边缘冰区零价汞海气交换通量高于航次平均通量的39%，有效证明了边缘冰区零价汞的高排放潜力。

浮游植物的催化作用。现场观察发现，边缘冰区“汞反弹”现象与藻类事件同期发生。在此期间，叶绿素和溶解有机物的峰值与大气和海表零价汞的峰值一致。浮游植物排出的溶解有机物可以促进水质零价汞的恢复和产生。统计模型进一步显示，溶解有机物对大气零价汞浓度变化的贡献达到24%，揭示了边缘冰区藻类活动对“汞反弹”现象的催化作用。

海冰溶解过程的促进作用。海冰融化引起的局部对流是加速“汞反弹”现象的“热引擎”。根据对大气零价汞、海温差和潜热通量数据的分析，发现在海冰溶解初期，冰之间的海水与大气温差可以驱动海气界面的大气对流和混合，加速海表聚集的零价汞挥发进入大气。这种“热泵”效应在冰面覆盖率为50%-80%的边缘冰区最为显著。

研究进一步预测，随着北极温度的加快，海冰的变化将延长浮游植物的生长季节，局部对流将更加频繁，北冰洋与大气之间的汞交换可能会加剧，从而增强北冰洋夏季的“汞源”效应，从而影响北极汞的转移过程和生物暴露方式，对北极生态安全构成新的挑战。