近日,南方科技大學海洋科學與工程系林間和張傳倫課題組聯合培養博士後肖文傑及其合作者在美國科學院院刊(PNAS,Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America)發表論題為“Substantial accumulation of mercury in the deepest parts of the ocean and implications for the environmental mercury cycle”(汞在海洋最深處的大量積累及其對環境汞迴圈的意義)的最新研究成果,首次揭示了深淵海溝汞的埋藏機制,發現深淵海溝的面積雖然占全球海洋不足1%,但自工業革命以來埋藏了大量的汞,在海洋乃至全球汞迴圈中扮演著重要角色。
汞是唯一一種常溫下呈液態的重金屬有毒元素,能在大氣,土壤和水體之間長距離傳輸,並能通過食物鏈顯著富集。儘管學術界早就認識到海洋沉積物是極其重要的汞匯,但關於深海沉積物中汞的分佈與埋藏通量報導甚少,水深超過6000米的深淵海溝更是極少被研究過。深淵是地球上最深的海域,主要由分佈在全球的30多條海溝組成,如福斯熟知的馬里亞納海溝。由於極大深度帶來的科技挑戰,深淵是地球上最不被人類所瞭解的生境之一,代表著海洋科學與科技研究的前沿陣地。
研究團隊利用上海深淵科學工程技術研究中心自主研發的全海深著陸器,從馬里亞納、瑪索、新不列顛和布幹維爾四條海溝採集了多根沉積柱狀樣,為在全球尺度上研究深淵汞的生物地球化學循環提供了可能。沉積物汞含量和同位素等地球化學和沉積學的資料顯示:(1)馬里亞納、新不列顛和布幹維爾三條海溝汞埋藏通量分別為27±2.6、189±12和241±36μg m-2 yr-1,比全球深海平均值要高數十甚至數百倍(圖a);(2)來自汞和有機碳的同位素證據表明,海洋表層的汞(主要是人為來源)能够快速沉降並保存在深淵海溝沉積物中;(3)沉積柱中汞含量自工業革命以來呈現快速新增的趨勢,主要歸因於人為汞的排放,表明人類活動釋放的汞已經污染了世界海洋的最深區域。
圖a:全球海洋表層沉積物汞埋藏通量。
1950年以來,四條海溝汞埋藏通量的平均值超過1900-1950年期間的30%,以及1900年以前的60%(圖b)。作者進一步估算出全球深淵海溝汞年均埋藏量(1950年以來)約占全球人為汞年均排放量的7±3%,以及深海沉積物汞年均埋藏量的27±10%。該研究在全球尺度上揭示了深淵海溝是海洋汞埋藏的熱點區域,為理解汞的生物地球化學迴圈提供了新視角。
圖b:深淵海溝沉積柱汞埋藏通量隨深度的變化。
圖c:深淵海溝汞的生物地球化學過程。
肖文傑為論文共同第一作者,合作者包括耶魯大學博士劉茂甸、上海海洋大學教授許雲平和北京大學教授王學軍、耶魯大學教授Peter A. Raymond、北京大學陶澍院士、研究員劉俊峰、博士張倩茹、天津大學教授陳玖斌、特倫特大學博士袁聖柳。該研究得到了國家自然科學基金、同濟大學海洋地質國家重點實驗室開放基金、上海佘山國家野外科學觀測站開放基金、深圳海洋地球古菌組學重點實驗室和南方海洋科學與工程廣東省實驗室(廣州)等資助。
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https://doi.org/10.1073/pnas.2102629118