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科研动态

全球汞循环模型理论取得重要进展:首次加入了稳定汞同位素的多维分馏模块

2018-12-04 187

当今的汞排放约为工业革命前的3-5倍,从而使得地表环境中的汞负荷显著增加,并进一步加剧了剧毒甲基汞在生物体特别是食用鱼类的累积,危害人类健康。基于此,联合国卫生署2013年底召集了包括中国在内的100多个国家在日本签署了具有全球法律约束力的《关于汞的水俣公约》,严格限制人为源的汞排放。但是由于汞在环境中具有全球输送和长周转周期的特性,汞排放限制的幅度与环境体中汞浓度减少的幅度并不呈线性关系。特别是全球气候加速变暖和土地利用方式急剧改变的背景下,一些原来活动性较弱的汞可能从新活化,加入到全球的汞循环中。

全球汞循环模型综合研究汞的排放、迁移、转化与沉降,能够从理论上快速反演环境体中汞的历史变化趋势,并预测未来汞排放所产生的环境影响。但是,过去的汞循环模型参数都是建立在汞形态及其含量的基础上,不确定度较大,存在很大的时间和空间上的变异。稳定汞同位素是近十几年发展起来的用于研究汞循环的有效技术手段,不但能够有效的示踪源区,而且还能够准确的揭示造成汞同位素分馏的地球化学过程。如何把汞同位素模块加入到全球汞循环模型中,进而建立基于汞同位素的全球汞循环模型,存在极大的技术和理论的挑战

我院孙若愚副教授与哈佛大学、法国科学院图卢兹地球环境研究所、南京大学的研究人员合作,历时5年,建立了该领域第一个动态、全耦合、可拓展的全球汞同位素箱体模型。该模型可利用汞同位素的多维分馏信号(目前至少三种:质量分馏、奇数同位素的非质量分馏、偶数同位素的非质量分馏)从多个角度去交叉模拟并验证全球的汞循环过程。最佳模拟结果显示,当今广泛采用的全球汞循环速率常数如土壤汞再释放、大气汞干沉降和大气氧化汞光还原可能被严重低估。该模型能够模拟各个环境储库的历史汞同位素组成,从而为具有时间分辨率的环境记录体汞同位素组成的对比提供了全球理论标尺

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该研究最近以题为Modelling the mercury stable isotope distribution of Earth surface reservoirs: implications for global Hg cycling发表在地学权威杂志GEOCHIMICA ET COSMOCHIMICA ACTA上,受到科技部重点研发计划大气专项(2017YFC0212700;2016YFC0201600)和国家自然科学基金(41773104)的支持。

Sun, R.*; Jiskra, M.; Amos, H. M.; Zhang, Y.; Sunderland, E. M.; Sonke, J. E.*, Modelling the mercury stable isotope distribution of Earth surface reservoirs: Implications for global Hg cycling. Geochimica Et Cosmochimica Acta 2018.

  文章链接:https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0016703718306665