大气汞同位素模型揭示海洋汞来源：氧化态与元素态汞沉积比例的新认知

本研究通过构建三维大气汞同位素模型，首次量化了氧化态汞(HgII)与元素态汞(Hg0)对海洋的差异贡献。研究团队发现HgII的海洋沉积比例可能超过2:1，显著高于既往认知的1:1，为全球汞循环模型提供了关键同位素约束，对评估海洋甲基汞生成及人类健康风险具有重要意义。

　　

汞作为一种强效神经毒素，通过海产品富集严重威胁人类健康。尽管已知大气沉降是海洋汞的主要来源，但氧化态汞(Hg^II)与元素态汞(Hg⁰)的相对贡献长期存在争议。早期同位素研究基于均一化假设，忽略了大气△²⁰⁰Hg（汞同位素质量无关分馏）的空间异质性，导致沉积比例评估存在偏差。这一认知缺口直接影响全球汞预算的准确性，也阻碍了对海洋甲基汞生成机制的深入理解。

南京大学张彦旭团队联合多家机构在《Nature Communications》发表研究，通过开发整合汞化学与同位素分馏的三维大气模型，首次揭示了大气△²⁰⁰Hg的空间分布规律及其海洋沉积特征。研究利用GEOS-Chem平台构建4°×5°分辨率模型，耦合汞的氧化还原路径（Br/OH/Cl氧化及Hg^II光还原），并引入同位素动力学分馏算法。通过对比全球大气与海洋样本的△²⁰⁰Hg数据，团队发现：

模型验证
模型成功再现了全球大气汞形态的同位素特征：Hg⁰的△²⁰⁰Hg均值为-0.07‰，Hg^II(p)为0.06‰，降水Hg^II(pre)达0.15‰。特别验证了太平洋西北部岛屿（如花鸟岛）颗粒汞同位素特征（0.08‰），证实模型对海洋边界层过程的捕捉能力。

大气沉积同位素特征
海洋Hg⁰吸收呈现负△²⁰⁰Hg（中位数-0.06‰），而Hg^II干沉降呈现空间异质性（中位数0.00‰）。值得注意的是，湿沉降△²⁰⁰Hg显著高于干沉降（全球中位数0.08‰ vs 0.00‰），这是由于湿沉降主要捕获高空气团中经强烈光化学处理的Hg^II。

海洋来源解析
纬度分析显示，低纬度区域海洋△²⁰⁰Hg升高与Hg^II湿沉降增加趋势一致。质量平衡计算表明，大气Hg^II对海洋的贡献占比达66%（干沉降38%+湿沉降28%），Hg⁰仅占34%，比例可能超过2:1。这一结果修正了Jiskra等基于陆地数据推算的1:1比例，揭示既往研究可能低估了Hg^II湿沉降的贡献。

技术方法
研究采用GEOS-Chem v12.9.0框架，整合MERRA-2气象数据与全球汞排放清单。通过建立七种汞同位素（¹⁹⁶Hg-²⁰⁴Hg）独立示踪体系，量化氧化还原反应的同位素分馏效应（E²⁰⁰Hg）。利用全球81个大气观测点（极地、山地、海洋边界层等）和612个海洋样本同位素数据验证模型。

讨论与意义
该研究首次实现大气汞同位素三维建模，揭示化学分馏（OH氧化与Hg^II(p)光还原）是△²⁰⁰Hg空间分异的主控因素。更新的沉积比例表明，海洋可能接收更多活性Hg^II输入，这将加速甲基化进程。研究为《水俣公约》实施效果评估提供新工具，建议未来关注闪电过程对湿沉降同位素的影响。团队公开模型代码（http://www.ebmg.online/mercury），推动全球汞循环研究的协同创新。