世界最深海溝有沒有源自人類的汞污染？中國(guó)團(tuán)隊(duì)參與揭秘

60多年前，日本曾爆發(fā)震驚世界的“水俁病”事件，水俁病背后的元兇就是甲基汞。汞是一種有毒且能夠全球傳輸?shù)奈廴疚铮?dāng)今的汞排放約為工業(yè)革命前的3—5倍，使得表層生態(tài)系統(tǒng)中的汞污染顯著增加。當(dāng)今主流觀點(diǎn)認(rèn)為海洋中的甲基汞主要產(chǎn)生于中部海洋（100—1000米）的低氧區(qū)。隨著航測(cè)汞數(shù)據(jù)覆蓋率的增加，越來(lái)越多的研究表明深海（大于1000米）甲基汞含量可能并不低。

 

日前，《自然·通訊》上發(fā)表的一篇文章《上層海洋甲基汞侵入到馬里亞納海溝》證實(shí)，人為源汞可能已經(jīng)到達(dá)地球上最偏遠(yuǎn)的海洋生態(tài)系統(tǒng)的食物網(wǎng)，并對(duì)脆弱的深淵生態(tài)系統(tǒng)造成潛在危害。此項(xiàng)研究由天津大學(xué)地球系統(tǒng)科學(xué)學(xué)院副教授孫若愚、劉羿團(tuán)隊(duì)與中國(guó)科學(xué)院深?？茖W(xué)與工程研究所以及法國(guó)科學(xué)院圖盧茲地球環(huán)境研究所、南開大學(xué)、南京大學(xué)合作，利用深淵著陸器采集馬里亞納海溝生物樣品，通過汞同位素來(lái)揭示深淵甲基汞的來(lái)源與遷移途徑。

 

但由于人類對(duì)深海的探索還比較有限，因此甲基汞在深海中的富集程度如何，人為產(chǎn)生和自然產(chǎn)生汞的比例是多少，還有沒有其他途徑讓甲基汞到達(dá)深海，全球幾十個(gè)海溝系統(tǒng)是否都具有相同的汞來(lái)源和遷移途徑，目前還都是一個(gè)謎。

 

學(xué)術(shù)界長(zhǎng)期認(rèn)為 千米以下深海沒被甲基汞污染

 

汞是世界上唯一一種在常溫常壓下以液態(tài)存在的金屬元素，具有很強(qiáng)的揮發(fā)性。“自然和人類活動(dòng)都會(huì)產(chǎn)生汞。汞有各種自然來(lái)源，比如火山爆發(fā)和森林火災(zāi)。但是，人類活動(dòng)，如煤炭和石油燃燒、采礦和冶煉，是汞污染海洋環(huán)境的主要原因。”文章的第一通訊作者孫若愚介紹，進(jìn)入到海洋中的汞在細(xì)菌的作用下會(huì)轉(zhuǎn)化為劇毒的甲基汞，而甲基汞易于在生物中富集，并通過食物鏈進(jìn)入到高營(yíng)養(yǎng)級(jí)魚類以及哺乳動(dòng)物和人體中。比如，箭魚中的甲基汞濃度為鮭魚的40倍。

 

因此，在全球變化的大背景下，海洋甲基汞的生成、轉(zhuǎn)化和富集的研究對(duì)于制定全球和區(qū)域性環(huán)境政策（如《關(guān)于汞的水俁公約》）具有重要的意義。

 

此前在《自然》等科學(xué)期刊上已發(fā)表的研究認(rèn)為，當(dāng)今海洋大約有6萬(wàn)多噸人為產(chǎn)生的汞，其中2/3位于上層海洋，其余1/3位于深層水快速形成區(qū)的北大西洋深層水和南極底層水。

 

“以前的研究認(rèn)為，由于北大西洋受歐美等國(guó)家大規(guī)模工業(yè)化等影響，人為汞排放加大，造成大氣中汞含量增多。大氣中的汞進(jìn)入到海洋上層，受到洋流影響，當(dāng)海水流到北冰洋，由于海水溫度降低，迅速下沉，加速了人為來(lái)源的汞沉入海洋深處。”孫若愚介紹，這已經(jīng)被科研人員發(fā)現(xiàn)并證實(shí)，在這些區(qū)域的深層海洋中，都存在人為產(chǎn)生的甲基汞。

 

“但當(dāng)時(shí)科研人員用同樣的方法估算太平洋深層海洋中是否有汞污染的時(shí)候，得出的結(jié)論是，理論上講太平洋深?；緵]有受到汞污染。因?yàn)樘窖蟛⒉晃挥谏顚铀纬蓞^(qū)，如果上層海水被污染，海水慢慢混合到下層，這是個(gè)非常漫長(zhǎng)的過程。”孫若愚說，如果因洋流作用，被污染的海水從大西洋深層流到太平洋深層距離有兩萬(wàn)多公里，速度也非常的緩慢，可能需要上千年的時(shí)間。

 

基于這些研究，一直以來(lái)，學(xué)術(shù)界都認(rèn)為甲基汞主要產(chǎn)生于海洋頂部幾百米深度的地方，千米以上的深海基本上都沒有受到來(lái)自人為的汞污染，被視作地球上最后的“凈土”。

 

同位素測(cè)定發(fā)現(xiàn) 深海動(dòng)物體內(nèi)富集人為產(chǎn)生的汞

 

近年來(lái)，隨著深海探測(cè)熱的興起，深潛器技術(shù)發(fā)展提速，國(guó)產(chǎn)深潛器和捕撈器都能到達(dá)萬(wàn)米下深海進(jìn)行作業(yè)。孫若愚說：“我們選擇了馬里亞納海溝進(jìn)行取樣，因?yàn)檫@是目前已知海洋的最深處，如果汞污染能達(dá)到這里，其他地方也應(yīng)該是存在的。”

 

孫若愚團(tuán)隊(duì)于2016—2017年，在馬里亞納和雅浦海溝的海底部署了精密的深海采樣器，并在7000—11000米處捕獲了特有的動(dòng)物群，如獅子魚和溝蝦，在5500—9200米處收集了沉積物。研究發(fā)現(xiàn)，相比于淡水及海岸帶區(qū)域里類似的片腳類動(dòng)物，深淵鉤蝦體明顯富集總汞和甲基汞。

 

孫若愚等研究人員發(fā)現(xiàn)，7000—11000米海溝生物與上層海洋（1000米以內(nèi)）魚類具有相似的汞同位素組成。結(jié)合海溝區(qū)域的深層水生成模式、甲基汞生命周期以及顆粒物傳輸途徑，該研究認(rèn)為：海溝生物的甲基汞主要來(lái)自上層海洋；表層海洋經(jīng)過光降解的甲基汞與中層海洋未經(jīng)光降解的甲基汞混合，繼而通過下沉的顆粒物進(jìn)入到深海食物鏈系統(tǒng)。

 

孫若愚解釋：“大氣中存在的汞，隨著降雨沉積到表層海洋，然后以鯨落（指鯨死去后沉入海底的現(xiàn)象）和死亡海藻顆粒團(tuán)等小顆粒形式輸送到深海。在這個(gè)過程中，馬里亞納海溝獨(dú)特地質(zhì)構(gòu)造導(dǎo)致地震頻發(fā)，產(chǎn)生的漏斗放大系統(tǒng)會(huì)加速小顆粒傳輸。我們通過測(cè)量汞的同位素組成來(lái)確定汞的富集情況，結(jié)果顯示海底生物與太平洋400—600米深處的魚類非常吻合，而且相關(guān)證據(jù)顯示，這些汞可能來(lái)源于近幾十年，因此很大部分來(lái)自人類活動(dòng)。”

 

有待進(jìn)一步驗(yàn)證 深海汞污染自然形成還是人為造成

 

“目前檢測(cè)生物體內(nèi)富集的汞及其同位素都是間接證據(jù)，只有直接檢測(cè)海水中的汞含量和同位素才是直接證據(jù)。”孫若愚介紹，但是由于海水中汞含量極其低，以現(xiàn)有檢測(cè)技術(shù)很難直接準(zhǔn)確測(cè)試海水中的汞同位素組成，所以下一步需要發(fā)展出更好的技術(shù)，以獲取直接證據(jù)來(lái)支持這個(gè)結(jié)論。

 

“而且目前馬里亞納海溝深海里發(fā)現(xiàn)的甲基汞中，源自人為的汞和自然汞的比例是多少，通過同位素檢測(cè)也都無(wú)法確定。”

 

海洋生物需要生存，就需要食物。鯨落與熱液、冷泉一同被稱為是深海生命的“綠洲”，它們共同促進(jìn)了海洋生物的繁榮。“通過檢測(cè)海洋生物體內(nèi)的汞同位素，目前已經(jīng)論證出了鯨落是甲基汞遷移的途徑之一。但我們還沒測(cè)試過熱液和冷泉周圍的樣本，因此無(wú)法探知熱液和冷泉是否也是深海甲基汞的來(lái)源。如果有，深海魚類體內(nèi)來(lái)自冷泉和熱液的甲基汞又是多少呢？”孫若愚表示，這些問號(hào)都有待于進(jìn)一步采樣進(jìn)行驗(yàn)證。

 

此外，全球有幾十個(gè)海溝系統(tǒng)，這些海溝系統(tǒng)是否都具有相同的來(lái)源和遷移途徑？“目前需要去這些海溝系統(tǒng)的深海區(qū)域采樣檢測(cè)，才能論證其是否也都具有和馬里亞納海溝相類似的情況。”孫若愚表示，多樣本分析后，才能做出一個(gè)合理的模型，使我們對(duì)海洋最深處汞的來(lái)源有更好的了解，將有助于模擬汞在海洋中的命運(yùn)。

 

“如果再大膽地推測(cè)一下，在深?？赡苡形粗陌盗鳎俣缺容^快，可能很快就能把上層海水帶到太平洋深海區(qū)域。”孫若愚說，深海未知的東西太多了，科學(xué)家還需要繼續(xù)進(jìn)行探索。