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为评估加拿大北极（CA）地区 V、Zn、Mn 和 Fe 等金属富集情况并研究现代沉积物动力学，研究人员分析 141 份沉积物样品的主 / 微量元素、粒度及 TOC。发现 CA 可分三化学簇，西部 CA 的 V、Zn 浓度最高，污染指数显示痕量金属富集程度低。为北极环境研究提供基线数据。
北极，这片被冰雪覆盖的神秘地域，不仅是地球的 “冷极”，更是全球环境变化的敏感 “指示器”。在这片看似纯净的冰雪之下，海洋沉积物如同 “环境档案”，默默记录着元素循环与人类活动的印记。然而，加拿大北极地区（Canadian Arctic, CA）复杂的地质条件与独特的沉积环境，使得其沉积物中微量元素的分布规律、物源解析及污染评估仍存在诸多谜题：不同区域的沉积物究竟来自何处？自然过程与人类活动对痕量金属（如 V、Zn、Mn、Fe）的富集贡献几何？传统的污染评估指数是否适用于如此特殊的地理单元？这些问题的答案，不仅关乎对北极自然环境的基础认知，更影响着全球变化背景下北极生态风险的科学评估。
为揭开这些谜团，研究人员依托加拿大海岸警卫队破冰船 “阿蒙森” 号（CCGS Amundsen），在 2016-2022 年北极网络（ArcticNet）考察期间，对巴芬湾至波弗特海的 141 份海洋表层及陆地沉积物样品展开研究。该研究成果发表于《Applied Geochemistry》，通过多维度分析，为加拿大北极地区的沉积物动力学与金属环境行为提供了关键 insights。
研究技术方法
研究采用的核心技术包括：
- 样品采集：在巴芬湾、波弗特海及纳雷斯海峡等区域采集 128 份海洋表层沉积物与 13 份陆地沉积物（含冰川冰碛物、河岸沉积物），陆地样品通过直升机抵达采样点。
- 多指标分析：测定主量元素（如 Mg、Al、Si、Ca、Fe、Mn）、微量元素（V、Zn 等）含量，分析粒度组成与总有机碳（Total Organic Carbon, TOC）含量。
- 数据解析：运用多元统计分析（如聚类分析）划分化学簇，结合污染指数（富集因子 EF、地累积指数 Igeo）评估金属富集来源。
研究结果
1. 空间分异与物源解析
通过化学组成差异，加拿大北极地区可划分为三化学簇（Chemical Clusters, CC）与四区域单元：
- CC#1（中部 CA）：以粗粒沉积物为主，富含碎屑碳酸盐（Ca、Mg），反映维多利亚岛、巴芬岛等周边陆地的海岸侵蚀作用，海冰输运是沉积物扩散的重要途径。
- CC#2（东南部 CA）：以硅质碎屑元素（Si、K、Zr）为特征，指示硅质陆源输入，与含沙海冰的搬运相关。
- CC#3（西部与东部 CA）：富集有机碳与铁锰 oxyhydroxides。其中，西部 CA 受麦肯齐河（Mackenzie River）径流影响，以细粒铝硅酸盐为标志；东部 CA 则受冰间湖（polynyas）与冰川侵蚀作用塑造。
2. 痕量金属分布与控制因素
- V 与 Zn：最高浓度见于西部 CA，Al 与 Zn、V、Fe 的显著正相关表明这些金属主要受陆源输入控制，铁氧化物（Fe oxides）是其主要载体相。
- Mn：在西部 CA 与 Al、Fe 呈正相关但相关性较弱，暗示锰 oxyhydroxides 来源兼具陆源碎屑与沉积物 - 水界面的自生作用。麦肯齐河输入的陆源锰 oxyhydroxides 在低耗氧区域（如阿蒙森湾、班克斯岛海岸）发生再迁移与富集，导致表层沉积物 Mn 浓度升高。
3. 污染指数的适用性探讨
研究对比了富集因子（Enrichment Factor, EF）与地累积指数（Geo-accumulation Index, Igeo）等污染指数在北极环境中的表现。结果显示，由于区域地质背景差异与地球化学过程（如氧化还原条件、底质 scavenging）对元素浓度的干扰，基于地球化学背景值与标准化元素的归一化处理可能导致误判。总体而言，加拿大北极表层沉积物的痕量金属浓度处于自然背景水平，人为污染贡献有限。
研究结论与意义
本研究通过系统性地球化学调查，揭示了加拿大北极地区沉积物的空间分异规律，明确了物源（如海岸侵蚀、河流径流、冰川作用）与沉积动力学（如海冰输运、冰间湖过程）对元素分布的控制作用。关键结论包括：
- 区域地质特征是沉积物化学组成的基础控制因素，三化学簇的划分清晰反映了不同物源与沉积过程的烙印。
- 痕量金属（V、Zn、Mn、Fe）的分布主要受自然陆源输入驱动，铁锰氧化物与有机碳是关键载体，人为污染并非主要贡献源。
- 传统污染指数在北极复杂地质背景下需谨慎使用，需结合区域地球化学基线综合评估。
该研究为北极环境中沉积物 - 水 - 生物界面的元素循环研究提供了基础数据，也为全球高纬度地区痕量金属的环境基准建立与污染判别提供了方法论参考。在气候变化加剧北极冻土融化与人类活动逐渐增多的背景下，本研究成果对评估北极生态系统的潜在风险、制定针对性环境保护策略具有重要科学意义。
