稳定同位素揭示历史汞通过洋流进入北极食物链的迁移机制及其对《水俣公约》评估的启示

本研究针对北极地区汞(Hg)污染来源与迁移路径不明的关键问题，通过分析格陵兰岛不同区域泥炭层和水生捕食者的汞稳定同位素(δ202 Hg/Δ199 Hg/Δ200 Hg)，首次证实洋流输送的历史汞库存是当前北极海洋生态系统汞吸收的主要途径。研究发现中西部与东北部格陵兰存在0.5-0.6‰的δ202 Hg区域差异，60-97%的大气汞以Hg(0)形式沉积，且淡水生境光解去甲基化显著。该成果为解释大气汞沉降减少与生物体内汞含量持续升高的矛盾现象提供了新机制，对评估《水俣公约》实施效果具有重要科学价值。

　　

北极地区看似纯净的冰雪世界，实则暗藏着一个令人担忧的环境危机——汞污染。这种剧毒重金属通过大气环流和海洋运输悄然入侵北极生态系统，在食物链顶端生物如北极熊、海豹体内积累到危险水平。更令人困惑的是，尽管全球人为汞排放减少导致大气汞沉降下降，但过去40年来许多北极生物体内的汞含量却不降反升。这种矛盾现象暴露出我们对北极汞循环认知的重大空白：究竟哪些汞来源和迁移路径主导着北极生态系统的汞污染？

为解开这个谜团，来自丹麦奥胡斯大学等机构的研究团队Jens Sondergaard、Bo Elberling等科学家在《Nature Communications》发表了一项开创性研究。他们创新性地运用汞稳定同位素指纹技术，系统分析了格陵兰岛不同区域泥炭层和五种关键水生捕食者（包括北极红点鲑、短角杜父鱼、环斑海豹、北极熊和北极鸥）的汞同位素组成（δ²⁰²
Hg、Δ¹⁹⁹
Hg、Δ²⁰⁰
Hg等），时间跨度长达40年。这项研究首次证实洋流输送的"历史汞库存"（legacy Hg）而非大气沉降，才是当前北极海洋生态系统汞污染的主要驱动力。

研究团队采用多技术联合作战：通过MC-ICP-MS（多接收电感耦合等离子体质谱）精确测定汞稳定同位素比值；利用冷冻干燥和微波消解前处理技术保证样品完整性；选择6种国际认证标准物质（如DORM-5鱼蛋白）进行质量控制；采用Mann-Kendall趋势分析和Theil-Sen斜率估计法评估40年时间序列变化；特别针对北极熊饮食结构变化进行数据校正，确保结论可靠性。

【空间趋势揭示洋流主导机制】
研究发现了令人惊讶的地理差异：受大西洋洋流影响的格陵兰中西部地区，海洋生物总汞含量显著低于受北冰洋洋流影响的东北部地区，但δ²⁰²
Hg特征却高出0.5-0.6‰。这种差异在泥炭层和海洋生物中同步出现，且持续存在于25cm厚的泥炭活动层中。通过Δ²⁰⁰
Hg特征分析，证实大气汞沉降主要（60-97%）以气态单质汞（Hg(0)）形式发生。这些发现共同指向一个颠覆性结论：相距仅1000公里的区域因受不同洋流（北大西洋暖流vs北冰洋寒流）影响，导致汞污染特征显著不同，说明洋流输送而非大气传输才是主导因素。

【光解过程与营养级传递规律】
Δ¹⁹⁹
Hg/Δ²⁰¹
Hg比值（1.18-1.36）显示水生系统存在显著的光解去甲基化过程，尤其在淡水生境更为强烈。研究发现δ²⁰²
Hg随营养级升高而增加，从底栖的杜父鱼（0.41‰）到顶级捕食者北极熊（2.2‰），增幅达1.8‰。这种质量分馏与生物体内代谢转化（肝脏脱甲基化和尿液排泄）密切相关。不同组织分析显示，肌肉（富含甲基汞）比肝脏（含无机汞）的δ²⁰²
Hg平均高2.6‰，揭示了生物体内汞形态转化的同位素效应。

【四十年演变趋势警示】
时间序列分析显示，尽管大气汞沉降减少，但1983-2024年间格陵兰海洋生物肝脏汞含量仍呈指数增长，北极熊毛发汞浓度已超过毒性阈值（6μg/g）。更值得注意的是，环斑海豹和北极熊肌肉组织的δ²⁰²
Hg显著升高（最高增加1.7‰），反映现代人为汞源贡献增加和/或环境转化过程改变。泥炭层记录显示，活动层与永冻层间的汞同位素差异（δ²⁰²
Hg相差0.9‰，Δ¹⁹⁹
Hg相差0.5‰）可能成为监测永冻层融化释放历史汞的新指标。

这项研究从根本上改变了我们对北极汞循环的认知。海洋中储存的历史汞通过洋流持续输入，导致北极生态系统对减排政策的响应出现长达数百年的滞后效应。研究提出的"洋流主导机制"完美解释了为何《水俣公约》实施后北极生物汞负荷仍未降低的现象，这对公约效果评估具有里程碑意义。更值得警惕的是，随着气候变暖加速永冻层融化和洋流模式改变，北极汞污染格局可能发生不可预测的变化。该成果不仅为北极生态风险评估提供了新框架，其创新的稳定同位素溯源方法更为全球汞循环研究树立了新范式。未来需要扩大环北极监测网络，特别关注不同水体规模（深海vs浅海）对汞输入的响应差异，以及海盐气溶胶在汞再循环中的关键作用。