河口分层对汞生物地球化学循环及向近海输出的影响机制研究

《Estuarine, Coastal and Shelf Science》：Effect of turbulent diffusion and vertical advection due to hidden upwelling/downwelling in a continental slope zone on marine primary productivity

本文通过构建三种河口分层模型（充分混合型、弱分层型、强分层型），揭示盐度驱动的分层结构如何调控汞（Hg）的形态转化与通量。研究发现分层作用使切萨皮克湾与哈德逊河口汞输出量分别增加19%和20%，并促进甲基汞（MeHg）的生物毒性效应。该研究为气候变化背景下河口系汞循环预测提供关键理论支撑。

　　

水柱分层对河口系统汞通量及去除的影响

我们将分层模型（按盐度梯度分层的水柱）与无分层模型（全水柱盐度均一）进行对比。两种模型采用相同的物理、水动力和汞转化过程，以评估分层如何影响汞在河口的去除以及最终进入近海的通量。

模型结果表明，分层作用就像给河口装上了"快速传送带"——它显著缩短了汞在河口的停留时间，让汞元素更快地向近海输送。具体来说，在切萨皮克湾（CPB）分层条件下，河流输入的汞向海洋的传输效率提升了19%，而在哈德逊河口（HRE）更是提高了20%。这主要是因为分层形成的密度屏障阻碍了垂直混合，使得含汞水体能沿盐度梯度快速水平运移。

相比之下，无分层河口则更像一个"沉淀池"：均匀混合的水体延长了汞的停留时间，促进含汞颗粒物沉降到底泥中。这种环境虽然减少了向海洋的输出量，却可能增加沉积物中甲基汞（MeHg）的生成风险——因为更长的滞留时间为沉积物中的厌氧微生物提供了充足的甲基化窗口期。

有趣的是，分层强度与甲基汞的"生产-输出"链条存在非线性关系。在弱分层的切萨皮克湾，甲基汞产量增加11.5%，而输出量却跃升16.4%，说明分层结构不仅影响生成效率，更通过改变水动力条件优化了有毒物质的输出路径。这些发现提示我们，河口就像精密的化学反应器，其分层结构直接调控着汞的生态毒性效应。