浮游植物活动与海冰消融促进北冰洋有毒汞释放
近日，中国科学技术大学教授谢周清、特任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以及海冰融化引发的局部对流对夏季北冰洋汞排放及其时空变化的关键调控作用。7月2日，相关成果发表于《自然-通讯》。
北冰洋边缘冰区。乐凡阁摄
汞是一种具有神经毒性的全球性污染物，可通过大气环流进行长距离输送。大气汞包括零价汞、气态及颗粒态氧化汞等3种形式。其中，零价汞占大气汞的比例通常超过90%，因此零价汞的含量可接近于大气汞的含量。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会显著升高，可达到北半球背景水平近2倍。该现象很可能增加北极苔原等陆地生态系统的汞暴露风险。团队此前曾发现夏季边缘冰区显著的大气汞排放，然而，其内在的驱动机制仍不清楚。
针对以上问题，研究团队在中国第13次北冰洋科考期间重点开展了自白令海峡到北极点的大气-海洋零价汞的同步观测，结合多学科观测以及统计模型分析，揭示了驱动北极夏季“汞反弹”的三大关键因素。
边缘冰区零价汞高排放潜势。研究团队发现，在北极楚科奇海的边缘冰区，海表零价汞浓度升高与大气“汞反弹”现象高度吻合。边缘冰区实测零价汞海-气交换通量高于航次平均通量达39%，有力证明了边缘冰区零价汞的高排放潜势。
浮游植物的催化效应。现场观测发现，边缘冰区“汞反弹”现象与藻华事件同期。期间，叶绿素及溶解有机物峰值与大气及海表零价汞峰值相吻合。浮游植物排放的溶解有机物可促进水体零价汞的还原生成。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24%，揭示了边缘冰区藻类活动对“汞反弹”现象的催化效应。
海冰消融过程的促进作用。海冰融化引发的局地对流是加速“汞反弹”现象的“热力引擎”。综合大气零价汞、海-气温差及潜热通量数据分析发现：海冰消融初期，冰间海水与大气温差可驱动海-气界面大气对流混合，加速海表富集的零价汞挥发进入大气。这种“热力泵”效应在冰层覆盖率50%-80%的边缘冰区最为显著。
研究进一步预测，随着北极增温加速，海冰变化将延长浮游植物生长季，局部对流也会更加频繁，北冰洋与大气间的汞交换将可能加剧，从而增强北冰洋的夏季“汞源”效应，进而影响北极汞的迁移转化过程及生物暴露途径，对北极生态安全构成新的挑战。
相关论文信息：https://doi.org/10.1038/s41467-025-61000-z
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