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为解决海冰中污染物的循环及极地生物暴露风险问题，研究人员开展 “污染物粒径和密度对其融入海冰影响” 的研究。结果表明不同粒径和密度污染物融入海冰行为不同。该研究有助于预测污染物循环及生物暴露风险，意义重大。
在地球的极地地区，海冰就像一座神秘的 “生态宝库”，不仅是众多极地生物的栖息家园，还在全球气候系统中扮演着重要角色。然而，随着人类活动的加剧，大量污染物涌入海洋，海冰也未能幸免。这些污染物在海冰中的行为十分复杂，它们如何融入海冰，又会对极地生态系统产生怎样的影响，一直是科学界亟待解开的谜题。此前的研究虽已发现海冰中存在污染物，但由于海水初始污染物浓度未知、海冰形成条件难以确定，以及缺乏标准化的检测方法等问题，使得我们对污染物融入海冰的过程了解甚少。为了填补这些知识空白，来自瑞士苏黎世联邦理工学院（ETH Zürich）、瑞士联邦材料科学与技术实验室（Empa）和瑞士雪崩研究所（WSL Institute for Snow and Avalanche Research SLF）的研究人员，开展了一项极具意义的研究，相关成果发表在《Nature Communications》上。
研究人员采用了一系列关键技术方法。他们首先构建了模拟柱状海冰生长的实验装置，在可控环境下制备人工海冰。通过微 X 射线断层扫描（μ -CT）技术对海冰结构进行表征，清晰地观察海冰的孔隙、盐水通道等微观结构。同时，运用电感耦合等离子体质谱（ICP -MS）等多种分析手段，对不同组分中的污染物浓度进行精确测定。
实验条件生成环境现实的人工海冰：研究人员精心调配与自然环境相似的人工海水（ASW），并添加腐殖酸盐和海藻酸钠，模拟海冰下的环境。在垂直温度梯度为?5.1 ± 0.1 °C 至 1.0 ± 0.6 °C 的条件下，经过 19 小时的冻结，生成了人工海冰。通过对海冰各项指标的检测发现，其在盐度、孔隙率和结构等方面与自然年轻柱状海冰极为相似，这为后续研究污染物在海冰中的行为提供了可靠的实验基础。
模型污染物在海冰柱中冻结后的分布不同：研究人员选用了多种具有代表性的模型污染物，包括溶解态的玫瑰红（Rose Bengal）、胶体态的纳米颗粒（NP）和纳米炭黑（nanosoot），以及不同密度和尺寸的微塑料（MPs）。实验结果显示，溶解态和胶体态污染物的行为与海盐相似，在海冰中被消耗，而在卤水（brine）中富集。MPs 的行为则与其密度和尺寸密切相关，高密度的聚对苯二甲酸乙二酯微塑料（PET -MPs）在海冰中被消耗，低密度的聚丙烯微塑料（PP -MPs）在海冰中富集，且颗粒尺寸越大，富集或消耗的程度越明显。
胶体物种的分布取决于它们的聚集状态：在海冰形成过程中，胶体污染物的聚集状态会发生变化。实验观察到，经过 19 小时的冻结，纳米颗粒和纳米炭黑的水动力直径显著增加，表明发生了聚集。聚集后的胶体污染物，其运输行为不再仅由布朗运动主导，而是更接近颗粒污染物。这使得它们在海冰和卤水中的分布介于溶解态污染物和高密度颗粒污染物之间。
物种在卤水和冰之间的分布表明了它们的融入过程：通过比较不同物种在卤水和冰中的相对浓度，研究人员发现溶解态物种和分散的胶体更容易从冰中排出并积累在卤水中。而且，随着分子质量的增加，在卤水中的富集程度降低。对于 MPs 来说，较小的颗粒更容易穿过卤水而不被物理捕获，导致其在卤水中的浓度较低。
该研究成果意义非凡。从生态角度看，它揭示了海冰中污染物的分布规律，有助于评估极地生物对污染物的暴露风险，为保护极地生态系统提供了重要依据。从地球化学角度讲，研究结果对于理解全球污染物循环具有重要价值，为进一步研究污染物在海冰中的迁移转化提供了关键线索。此外，该研究方法也为后续相关研究提供了参考，推动了海冰污染物研究领域的发展。研究人员通过一系列巧妙设计的实验和精准的分析技术，成功揭开了海冰中污染物的 “藏身密码”，为我们深入了解极地环境中污染物的行为开辟了新的道路。
