PNAS:全球变暖可显著改变冰冻圈汞的源汇关系—退缩区成为重要汞汇区

发布者 :wangwc

2020-01-17 13:32

《水俣公约》自2017年8月正式生效后,全球汞的研究进入了后公约时代。《水俣公约》旨在控制人为源汞的排放,但人为源汞的排放只占了全球汞总排放的30%,而全球60%的汞排放来自于先前沉降汞的再排放。值得注意的是,先前沉降汞的再排放的强度与时空分布,均受控于气候变化-人类活动-生态系统格局改变等相关因素。因而,人为活动-气候变化-植被分布格局/土地利用的协同与反馈机制研究,不仅是理清陆地生态系统中汞循环源汇关系的基石,也是科学评估与检验各国政府履约成效的关键。

对于广袤的偏远地区,气候变化导致的植被分布格局与土地利用方式的改变,可能在汞生物地球化学过程中发挥着至关重要的作用。冰冻圈是全球生态系统的重要组成部分,在全球气候系统中起着重要作用,山地冰川在指示气候系统的变化方面具有重要意义,同时冰川的动态变化也会对气候和环境产生反作用。自小冰期以来的全球变暖,加速了山岳冰川消融,全球冰川退缩区的面积不断扩大。冰川退缩区是地球表层系统中最活跃、最富有活力的部分之一,冰川退缩区的矿物质丰富,原生裸地近地表环境变化迅速,土壤发育碳积累过程明显,土壤形成速度较快。丝路环境专项项目四中国科学院地球化学研究所冯新斌研究员的研究团队,系统研究了冰川退缩-植被演替过程中土壤汞的来源、累积过程,对研究气候变化-植被格局-汞生物地球化学循环的研究提供了一个经典的研究范例,相关的成果发表以“Globalwarming accelerates uptake of atmospheric mercury in regions experiencingglacier retreat”(https://doi.org/10.1073/pnas.1906930117)发表在美国《国家科学院院刊》上。

当前关于冰冻圈汞研究工作一个重要的论点是,全球变暖促使冰川、冻土加速融化,使得原本冻结在冰川与冻土中的汞重新释放到大气及下游的水生生态系统中,产生系列的环境汞污染,即全球变暖下,冰冻圈将在全球汞循环中扮演重要的汞源角色。而本研究结合汞同位素与模型技术,研究发现青藏高原海螺沟冰川退缩区、明永冰川退缩区及米堆冰川退缩区演替过程中,植被扮演着“汞泵”的角色,使得大气零价汞不断向土壤沉降累积,即冰川退缩区存在显著的汞汇。在冰川消融90-120年后,大气沉降累积的汞库是冰川消融前冰中汞库的10-16倍。根据全球其他12个冰川退缩区的模型统计也发现冰川消融80-150年后,大气沉降累积的汞库比冰川消融前的汞库高一个数量级。结合自1850年小冰期以来冰川退缩的面积,可预估300-400 Mg汞沉降累积在冰川退缩区。至2100年,全球冰川向大气及下游环境中释放的汞量为~95Mg,然而未来百年间冰川融化形成的退缩区从大气中固定的汞高达~300Mg。

本研究的意义在于:全球变暖下,冰川消融加速,冰川退缩区汞的显著累积,可能使得冰川区域在全球汞循环中不再是汞源,而是扮演着显著汞汇的角色。本研究结果充分表明了,未来进一步的全球变暖-植被格局改变能显著影响全球汞的生物地球化学循环。

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图1. (1)-(2)海螺沟冰川退宿区汞的来源解析及其不同组分汞同位素非质量分馏;(3)-(4)明永冰川退宿区汞的来源解析及其不同组分汞同位素非质量分馏;(5)-(6)米堆冰川退宿区汞的来源解析及其不同组分汞同位素非质量分馏

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图2.模型评估的全球典型冰川退缩区土壤大气沉降来源汞的累积过程


中国科学院A类战略性先导科技专项“泛第三极环境变化与绿色丝绸之路建设”为该成果的第一标注项目。

论文信息:Xun Wang, Ji Luo, Wei Yuan, CheJen Lin, Feiyue Wang, Chen Liu, GenxuWang, Xinbin Feng. Global warming accelerates uptake of atmospheric mercury in regions experiencing glacier retreat.Proceedings of the National Academy of Sciences. DOI:10.1073/pnas.1906930117

文章链接:https://doi.org/10.1073/pnas.1906930117