—— We're still paying for mercury contamination decades ago
汞是一种具有生物毒性、易挥发的有害金属元素。自进入人类文明以来，特别是工业革命后，人类活动（如冶金、森林砍伐与燃烧、燃煤）造成的汞排放不断增加。目前，人为汞的直接排放量达到2000吨/年，比以火山为代表的自然源高出一个数量级。为了削减人为汞的直接排放，联合国于2017年正式实施了《关于汞的水俣公约》。该公约的制定依据和实施效力取决于对汞循环历史演进的准确理解。
湖泊沉积物、泥炭和冰芯等是记录大气汞沉降的有效手段，并广泛用于示踪不同地区大气汞排放的历史和强度。例如，湖泊沉积物能够记录大气汞干、湿沉降通过湖面和流域最终进入到湖泊中的汞；泥炭主要记录大气汞干沉降通过泥炭植被进入到泥炭沼泽中的汞。自上世纪80年代以来，北美地区大气汞的直接排放量已减少3倍以上，然而相应时间段内湖泊沉积物的汞沉降通量以及水生生物的汞含量却没有呈现显著下降趋势。这表明历史累积汞的二次排放可能在表层地球系统汞循环中占有非常大的比例。但是，如何区分环境中的汞是来自于直接还是二次汞排放却存在较大的困难。
针对此问题，天津大学同位素前沿科学研究中心的孙若愚教授与加拿大特伦特大学的Holger Hintelmann教授、加拿大环境与气候研究中心的研究人员合作，以加拿大上世纪最大汞排放源附近不同距离湖泊的沉积柱为研究对象（图1），运用汞沉积年代学、汞同位素分馏理论和汞同位素模型等手段，发现多个湖泊沉积物在2000年前后其汞同位素组成相对于直接汞排放源发生了非常大的负偏（图2），并认为这种变化主要是由历史累积汞（如污染场地汞）的二次排放造成的，从而为区分直接和二次（历史）汞排放提供了定量示踪的手段。研究认为在直接汞排放明显放缓的北美和欧洲地区，历史汞的二次释放在沉积物中的占比逐年增加。中国的直接汞排放在改革开放后呈现急增的趋势，但在近10年随着严格环保法律的实施也呈现逐年下降的趋势。未来随着《汞公约》实施力度的逐步加大，土地利用方式和气候变化带来的二次汞释放的风险不容小觑。因此，准确示踪直接和二次排放汞对于厘定人为活动、气候变化对表层地球系统汞循环的扰动具有重要价值，是汞污染精准管控和《汞公约》实施效力准确评估的重要依据。
图1. 加拿大上世纪最大的大气汞排放源（现已关闭）
Flin Flon有色金属冶炼厂（左图， Holger Hintelmann教授提供）和北美地区湖泊大气汞沉降示意图（右图，孙若愚教授提供）
图2. 排放源附近不同距离湖泊的沉积柱汞同位素变化规律（2000s前后汞同位素δ202Hg的负偏可能代表历史汞二次释放的信号）
文章信息：
R. Sun*, H. Hintelmann, J. A. Wiklund, M. S. Evans, D. Muir and J. L. Kirk. "Mercury Isotope Variations in Lake Sediment Cores in Response to Direct Mercury Emissions from Non-Ferrous Metal Smelters and Legacy Mercury Remobilization." Environmental Science & Technology.
https://doi.org/10.1021/acs.est.2c02692
