世界最深海溝有沒有源自人類的汞污染？中國團隊參與揭秘

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?，當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。當今主流觀點認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)。隨著航測汞數(shù)據(jù)覆蓋率的增加，越來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，人為源汞可能已經(jīng)到達地球上最偏遠的海洋生態(tài)系統(tǒng)的食物網(wǎng)，并對脆弱的深淵生態(tài)系統(tǒng)造成潛在危害。此項研究由天津大學地球系統(tǒng)科學學院副教授孫若愚、劉羿團隊與中國科學院深海科學與工程研究所以及法國科學院圖盧茲地球環(huán)境研究所、南開大學、南京大學合作，利用深淵著陸器采集馬里亞納海溝生物樣品，通過汞同位素來揭示深淵甲基汞的來源與遷移途徑。

 

但由于人類對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深海，全球幾十個海溝系統(tǒng)是否都具有相同的汞來源和遷移途徑，目前還都是一個謎。

 

學術(shù)界長期認為 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，具有很強的揮發(fā)性。“自然和人類活動都會產(chǎn)生汞。汞有各種自然來源，比如火山爆發(fā)和森林火災。但是，人類活動，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，進入到海洋中的汞在細菌的作用下會轉(zhuǎn)化為劇毒的甲基汞，而甲基汞易于在生物中富集，并通過食物鏈進入到高營養(yǎng)級魚類以及哺乳動物和人體中。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》等科學期刊上已發(fā)表的研究認為，當今海洋大約有6萬多噸人為產(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。

 

“以前的研究認為，由于北大西洋受歐美等國家大規(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。大氣中的汞進入到海洋上層，受到洋流影響，當海水流到北冰洋，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，在這些區(qū)域的深層海洋中，都存在人為產(chǎn)生的甲基汞。

 

“但當時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候，得出的結(jié)論是，理論上講太平洋深?；緵]有受到汞污染。因為太平洋并不位于深層水形成區(qū)，如果上層海水被污染，海水慢慢混合到下層，這是個非常漫長的過程。”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多公里，速度也非常的緩慢，可能需要上千年的時間。

 

基于這些研究，一直以來，學術(shù)界都認為甲基汞主要產(chǎn)生于海洋頂部幾百米深度的地方，千米以上的深?；旧隙紱]有受到來自人為的汞污染，被視作地球上最后的“凈土”。

 

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

 

近年來，隨著深海探測熱的興起，深潛器技術(shù)發(fā)展提速，國產(chǎn)深潛器和捕撈器都能到達萬米下深海進行作業(yè)。孫若愚說：“我們選擇了馬里亞納海溝進行取樣，因為這是目前已知海洋的最深處，如果汞污染能達到這里，其他地方也應該是存在的。”

 

孫若愚團隊于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，該研究認為：海溝生物的甲基汞主要來自上層海洋；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）和死亡海藻顆粒團等小顆粒形式輸送到深海。在這個過程中，馬里亞納海溝獨特地質(zhì)構(gòu)造導致地震頻發(fā)，產(chǎn)生的漏斗放大系統(tǒng)會加速小顆粒傳輸。我們通過測量汞的同位素組成來確定汞的富集情況，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，這些汞可能來源于近幾十年，因此很大部分來自人類活動。”

 

有待進一步驗證 深海汞污染自然形成還是人為造成

 

“目前檢測生物體內(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)有檢測技術(shù)很難直接準確測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)來支持這個結(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，通過同位素檢測也都無法確定。”

 

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”，它們共同促進了海洋生物的繁榮。“通過檢測海洋生物體內(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。但我們還沒測試過熱液和冷泉周圍的樣本，因此無法探知熱液和冷泉是否也是深海甲基汞的來源。如果有，深海魚類體內(nèi)來自冷泉和熱液的甲基汞又是多少呢？”孫若愚表示，這些問號都有待于進一步采樣進行驗證。

 

此外，全球有幾十個海溝系統(tǒng)，這些海溝系統(tǒng)是否都具有相同的來源和遷移途徑？“目前需要去這些海溝系統(tǒng)的深海區(qū)域采樣檢測，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，才能做出一個合理的模型，使我們對海洋最深處汞的來源有更好的了解，將有助于模擬汞在海洋中的命運。

 

“如果再大膽地推測一下，在深?？赡苡形粗陌盗?，速度比較快，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，科學家還需要繼續(xù)進行探索。