东西伯利亚北极大陆架上多氯联苯（PCB）积累的生物地球化学控制因素

《Journal of Geophysical Research: Biogeosciences》：Biogeochemical Controls on PCB Accumulation in the East Siberian Arctic Shelf

本研究调查了东白令海（ESS）和楚科奇海（CS）沉积物中传统及新兴多氯联苯（PCBs）的分布与归宿。结果显示PCB-11为主要成分，浓度在楚科奇海开阔海域及东白令海陆架断裂处较高，而东白令海沿岸较低。历史PCBs主要因海岸侵蚀从土壤释放，新兴PCBs则通过生物沉积作用在开阔海域沉积。空间异质性碳源OC决定了高纬度边缘海域PCBs的赋存形式。

　　这项研究聚焦于北极地区，特别是东 Siberian 海（ESS）和丘奇奇海（CS）的沉积物中，传统和新兴多氯联苯（PCBs）的分布与命运。多氯联苯是一类具有持久性和生物累积性的有机污染物，曾广泛用于工业和商业领域，如电气设备的绝缘材料。由于其在环境中的长期残留性，多氯联苯已成为研究全球污染传输路径和生态影响的重要指标。随着全球气候变暖，北极地区的海冰消融和海岸侵蚀现象日益加剧，这不仅改变了北极生态系统的结构，也对污染物的迁移和沉积产生了深远的影响。

研究发现，在这些海域的沉积物中，PCB 11 是最常见的一种多氯联苯同系物。PCB 11 属于新兴多氯联苯的范畴，通常指的是那些在近年来因人类活动而被排放到环境中的化合物。这种同系物的高浓度表明，尽管其在工业上使用的历史较短，但其在环境中的影响正在逐渐显现。此外，研究还指出，PCB 浓度在丘奇奇海的开阔海域以及东 Siberian 海的大陆架边缘地区较高，而在东 Siberian 海的沿海区域则相对较低。这一现象可能与这些区域的地理特征、气候条件以及污染物来源有关。

通过分析 PCB 浓度与总有机碳（OC）之间的相关性，并结合正矩阵因子分析（Positive Matrix Factorization, PMF）模型的结果，研究揭示了 PCB 在这些海域中的来源差异。在东 Siberian 海的沿海区域，历史积累的 PCB 主要来源于土壤侵蚀。由于该地区的土壤中含有大量的多氯联苯残留，随着海冰的消融和海岸线的侵蚀，这些污染物被释放到环境中，并最终沉积在沿海区域的沉积物中。相比之下，丘奇奇海和东 Siberian 海的开阔海域则显示出新兴 PCB 的主导作用。这里的 PCB 主要来源于大气中的沉积过程，而大气中多氯联苯的浓度可能受到全球排放的影响，尤其是在远离工业源的偏远地区，这种影响更加显著。

研究进一步指出，北极地区的生物生产力对新兴 PCB 的沉积有重要影响。在丘奇奇海和东 Siberian 海的开阔海域，由于水温较低、光照条件适宜，浮游植物和微生物的活动较为活跃，这促进了大气中多氯联苯的快速沉降。此外，浮游植物的生长和死亡过程也会释放有机质，为多氯联苯的沉积提供了适宜的载体。这种现象表明，北极地区的生态过程不仅受到气候变化的影响，还可能成为污染物迁移和沉积的重要驱动力。

从生态角度来看，这些发现对理解北极地区的污染物动态具有重要意义。首先，它们揭示了污染物在不同环境中的分布模式。例如，在开阔海域中，新兴 PCB 的浓度较高，而在沿海区域则以历史 PCB 为主。这种空间异质性可能与污染物的来源、迁移路径以及沉积机制密切相关。其次，研究强调了土壤侵蚀在污染物释放中的作用。在东 Siberian 海的沿海区域，土壤侵蚀可能是历史 PCB 进入水体的主要途径。因此，减少土壤侵蚀可能有助于降低这些区域的污染物负荷。

此外，研究还关注了多氯联苯对北极生态系统的影响。由于多氯联苯具有较强的亲脂性和稳定性，它们容易在生物体内积累，并通过食物链传递，最终影响到顶级捕食者和人类。这种生物累积效应可能对北极地区的生态平衡和人类健康构成威胁。尤其是在北极食物链中，浮游植物和微生物是基础生物，它们的活动不仅影响多氯联苯的沉积，还可能通过代谢过程改变这些化合物的形态和毒性。

在北极地区，气候变化正在以前所未有的速度改变着自然环境。海冰的消融不仅影响了海洋生态系统的结构，还可能加剧海岸侵蚀，从而释放出长期沉积在土壤中的污染物。这些污染物的重新进入水体，可能对当地的水质和生态系统产生不利影响。同时，随着大气中多氯联苯的浓度增加，它们在开阔海域的沉积速率也可能加快，这进一步增加了北极地区的环境负担。

研究还指出，多氯联苯的分布和命运受到总有机碳（OC）的影响。OC 是沉积物中有机物质的总和，它不仅提供了污染物的吸附位点，还可能影响污染物的迁移和转化过程。例如，在高 OC 含量的区域，污染物更容易被沉积物捕获，而在低 OC 含量的区域，污染物可能更容易被扩散到水体中。因此，OC 的来源和分布模式对于理解 PCB 的环境行为至关重要。

从全球角度来看，北极地区是许多污染物的“汇”点。由于其地理位置偏远，许多污染物在大气中传输后最终沉降到北极。这使得北极成为研究全球污染扩散路径的重要区域。然而，随着气候变化的影响，北极地区的污染物来源和命运正在发生变化。例如，土壤侵蚀可能增加了历史 PCB 的释放，而大气沉降则可能促进新兴 PCB 的积累。这种变化不仅影响了北极的环境质量，还可能对全球范围内的污染物传输产生连锁反应。

为了更好地应对这一问题，研究建议需要加强对北极地区污染物来源和迁移机制的监测。这包括对土壤侵蚀过程的跟踪，以及对大气中多氯联苯浓度的持续观测。此外，还应考虑采取措施减少污染物的排放，尤其是在工业和农业领域。通过减少人为污染源，可以有效降低多氯联苯在北极地区的积累速率，从而减轻对生态环境和人类健康的潜在影响。

在政策层面，这项研究为北极环境保护提供了科学依据。政府和相关国际组织可以利用这些数据，制定更加精准的污染控制策略。例如，在沿海地区加强土壤保护措施，以减少历史 PCB 的释放；在开阔海域推广更加环保的替代品，以减少新兴 PCB 的排放。同时，还需要加强对北极生态系统的长期监测，以便及时发现污染物的变化趋势，并采取相应的应对措施。

从科学角度来看，这项研究不仅填补了对北极地区多氯联苯分布和命运的认知空白，还为全球范围内的污染物研究提供了新的视角。北极地区的环境变化可能对全球污染物的传输和沉积产生深远影响，因此，对其污染物动态的研究具有重要的科学价值。此外，这项研究还强调了生物地球化学过程在污染物命运中的关键作用，这为未来的环境科学研究提供了新的方向。

总的来说，这项研究揭示了气候变化对北极地区污染物分布和沉积的影响，特别是多氯联苯在不同环境中的来源和命运。它不仅为北极环境保护提供了重要的科学支持，还对全球污染物管理具有指导意义。通过进一步的研究和监测，可以更全面地了解这些污染物的环境行为，并采取有效的措施加以控制。这将有助于保护北极生态系统的健康，并为全球环境治理提供新的思路和方法。