青藏高原雪冰中汞的时空分布及迁移过程研究

汞是一种具有特殊物理化学性质的有毒重金属元素，一种全球性污染物。工业革命以来，人类活动向环境释放的汞越来越多，甚至已超过自然源汞。雪冰作为大气和水体的中间介质，是汞的生物地球化学循环过程中的关键环节。目前雪冰汞研究集中在两极地区且缺乏不同形态汞的分析和迁移过程研究。青藏高原冰川发育广泛，是中纬度开展雪冰汞研究的理想区域。本项目拟在青藏高原大空间尺度上选取典型冰川采集雪坑样品，测试其中不同形态汞，包括总汞、活性汞、溶解态汞、颗粒态汞和甲基汞的含量，结合其他参数阐明雪冰中汞的时空分布特征和影响因素；开展雪冰汞沉降后过程研究，初步阐明雪冰中不同形态汞含量在沉降后的变化规律；测试冰川融水中不同形态汞含量，认识其在雪冰融化过程中的迁移规律，估算雪冰融水释汞通量。本研究的开展有望提升青藏高原雪冰汞的研究水平，为冰芯汞的历史记录解译提供现代过程理论支持，并为全面理解全球汞的生物地球化学循环提供有益信息。

本项目通过对青藏高原大空间尺度上的典型冰川进行雪冰、融水及其补给水体系统采样，测试其中不同形态汞的含量，阐明了雪冰中汞的时空分布特征和影响因素，初步揭示了汞在雪冰中沉降后的迁移转化规律并评估雪冰汞随融水进入下游生态系统引发的潜在生态环境风险。项目组成员有效分工协作，积极开展国际国内合作交流，野外监测和室内分析结合，取得了以下主要成果。青藏高原冰川雪冰中汞含量整体呈现为“夏低冬高，南低北高”的时空分布特征，与雪冰中不溶颗粒物分布密切相关，以青藏高原为主体的我国西部冰川在过去40年间因冰川持续退缩直接释放的汞达约2.5吨，这一数字随着冰川退缩在可见的未来将持续增长；汞在高原冰川中的存在形式及迁移和保存等后过程与南北极冰盖具有显著差异，气候的季节性干湿交替造就的冰川颗粒物富集层位增强了高原冰川汞的储存和季节差异；冰川融水直接释汞量级较小，但冰川水文动力作用造成的携运能力提升增加的汞通量不容忽视。在夯实“时空分布及迁移过程”两大研究主题外，根据实际研究过程中遇到的困难和发现的问题积极探索和拓展研究方向，对与冰川补给和消融联系紧密的湖泊和河流等水体汞分布及其水生生态系统中鱼类汞富集特征进行了探索性研究。结果表明，湖泊表层水体汞与盐度存在显著正相关，以冰川融水补给的湖泊中汞通过湖泊蒸发浓缩进行自然累积效应值得关注；青藏高原湖泊河流水体中鱼体汞富集显著，冷水低汞生境鱼体特有的生物特征和食物链高效的甲基汞富集区别于我国东部淡水生态系统。此外，针对研究区域特殊的自然环境和雪冰/融水低汞含量等特征，我们开展采样和测试流程优化，逐步建立起一套适用于高海拔低汞环境介质的采样和测试方法。在项目支持下，发表学术论文7篇，其中SCI论文5篇，2篇论文发表在环境科学权威杂志Environmental Science & Technology上，并通过研究讯息发布起到了较好的公共知识传播效果。在项目支持下，培养硕士研究生2名，2015年预期毕业硕士研究生2名，研究组两名成员晋升为副研究员。课题的实施提升了高原雪冰汞研究的水平和影响力，我们将继续寻求国家自然科学基金委和其他资金支持，进一步推进高原雪冰汞研究。