汞（Hg）是一种具有全球影响的持久性污染物，对生态环境和人类健康构成严重威胁。大气不仅是汞实现长距离跨区域传输的主要载体，也是连接陆地、海洋和冰冻圈的重要桥梁。大气同时也是汞同位素发生分馏，特别是非质量分馏（MIF）的主要场所。这也使得汞-MIF成为氧-、硫-MIF之后示踪大气过程的最具潜力的指标。研究表明，大气汞同位素不仅能够用于解析当今和历史的汞循环，更可作为评估未来气候变化情景下汞循环响应及减排政策成效的重要示踪工具。在《水俣公约》的全球治理框架下，汞同位素为区分真实减排效果与气候波动、遗留汞库扰动等因素引起的汞浓度变化提供了新的技术路径。
针对大气汞同位素研究领域的现状与挑战，我院同位素前沿科学研究中心孙若愚教授团队开展了系统性综述研究（图1）。首先梳理了大气气态元素汞（GEM）及颗粒态与降水中活性汞（Hg(II)）采样技术的最新进展，汇编了涵盖全球陆地背景区、城市工业区、极地及海洋边界层等多环境条件的大气汞同位素数据集。在此基础上，研究综合解析了驱动大气汞质量分馏（MDF）与非质量分馏（MIF）的关键生物地球化学机制，并重点讨论了偶数非质量分馏（even-MIF）作为保守示踪剂，在定量解析大气-陆地与大气-海洋系统汞跨圈层传输的独特应用价值和挑战。
图1. 论文摘要图
研究的核心创新在于实现了大气汞同位素模拟与未来气候变化情景的耦合（图2）。研究依托共享社会经济路径（SSPs），更新了大气–陆地–海洋多圈层一维汞同位素模型，系统评估了不同SSPs下大气汞同位素的长期演变轨迹。模拟结果表明，在以绿色转型为特征的低排放情景（SSP1–2.6）下，大气汞的 MDF（δ202Hg） 和 odd-MIF（Δ199Hg） 值随时间变化呈现出比高排放情景（SSP5–8.5）更为显著的上升趋势，这一演变特征揭示了未来大气汞循环驱动机制的根本性转变。随着人为直接排放（MIF≈0‰）的逐步削减，携带强特征同位素信号的历史遗留汞（源自土壤与海洋的再释放）在大气汞收支中的相对权重将不断提升，从而主导未来大气汞同位素的演化方向。
图2. SSP1–2.6和SSP5–8.5情景下大气汞同位素组成的未来演变趋势
围绕未来气候变化情景下大气汞同位素的演变与示踪，论文提出了加强关键区域长期观测、拓展多介质同位素协同约束、深化建模和观测一体化的研究方向，为将汞同位素应用于大气科学研究及政策评估提供了基于机制理解与模拟预测的科学框架。
相关研究以“Atmospheric mercury stable isotopes: Advances in mercury cycle tracing and projections of future trends”为题发表在地球科学领域知名期刊 Earth-Science Reviews。天津大学地科院2025级博士研究生张超为论文第一作者，孙若愚教授为通讯作者。该成果得到国家自然科学基金项目 (42421003, 42373011, 42173011) 和天津市自然科学基金项目（23JCJQJC00280）的资助和支持。
文章信息：Chao Zhang, Ruoyu Sun*. Atmospheric mercury stable isotopes: Advances in mercury cycle tracing and projections of future trends. Earth Sci. Rev., 272, 105348. https://doi.org/10.1016/j.earscirev.2025.105348
