气候变暖导致西南极冰川消融，汞富集增加8倍？
我们都知道冰川消融不仅加速了海平面上升，还会削弱储存碳的能力，但他的影响不仅仅如此，冰川消融使以前被困住的汞等有毒元素暴露出来并在海洋中富集，一项新的研究发现，变暖导致西南极冰川消融导致汞富集增加8倍，气候变暖可能正在加剧南大洋生态系统中重金属污染。
南极冰川和汞富集
南大洋是地球上产量最高的地区之一，被广泛认为是大气中碳和汞的主要汇聚地。海洋有机碳埋藏是长期碳封存的主要自然机制，海洋生物泵与物理碳泵一起，将海洋表面碳以颗粒状的形式输出到海底；而汞对有机物具有强亲和力，可以通过与有机物结合从而横向输送到海洋，被海洋生物泵和下沉的陆地颗粒物清除并输送到海底。
2018年《Science》上发表的一项研究分析了南极洲海岸的生物硅质沉积物硅藻软泥中汞的含量，发现硅藻软泥是汞的主要沉积汇，过去 150 年中多达 25% 的汞排放可能被困在这样的沉积物中，揭示了海洋生物泵在全球汞循环中可能发挥的重要作用。
海洋最为汞的最大最终富集地，当然不仅只在南极富集，2021年的一项研究也强调了深海也是汞的重要富集区，通过研究四个海沟区域沉积物岩心的汞和相关参数，发现世界上最深的海洋区域正在以惊人的速度积累汞，比全球深海平均值高出 400 倍，这些海沟中的大部分汞来自海洋表层。
这些研究都表明汞作为一种全球性污染物，其人为排放量已远超自然水平，在全球海洋区域显著富集增加，对区域的海洋生态环境也成圣了显著影响。
❓趣味问答：为什么深海海沟的汞富集速度高于其他区域？（想挑战一下？点击试试看吧）
A. 海沟的深度和水压较大，促使汞更容易沉积。
B. 海沟的底部拥有大量的有机物，能够有效吸附汞。
C. 海沟的水流较缓慢，导致汞在该区域停留时间较长。
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B。 解析：深海海沟是全球最深的海洋区域，海底的有机物积累为汞提供了丰富的沉积环境。汞容易与有机物结合并被吸附，从而导致海沟中汞的富集速度较高。其他区域的汞富集速度较低，主要是因为它们的环境条件如水流速度、温度等不利于汞的长期积累。
新的研究发现
尽管已有的研究表明南大洋在全球碳和汞循环中扮演重要角色，但气候变暖如何影响碳和汞的沉积过程尚未完全清楚，为了气候变暖如何影响碳和汞的沉积？碳和汞的沉积是否存在时空解耦现象，研究人员通过分析罗斯海地区全新世的沉积记录，探究了全新世气候变暖和冰川退缩如何影响罗斯海的碳和汞封存能力。
研究主要采用了同位素和数值分析方法（有兴趣的话，点击详细了解）：
通过使用碳同位素（δ¹³C、Δ¹⁴C）和汞同位素（δ²⁰²Hg、Δ¹⁹⁹Hg）来追踪碳和汞的来源情况，然后通过沉积物岩芯的年代学分析，重建全新世以来碳和汞的沉积历史，最后通过蒙特卡洛模拟和混合模型，量化不同来源的有机碳和汞的比例。
这项研究的核心发现是，气候变暖导致的冰川退缩使得汞埋藏率显著增加，而有机碳埋藏率并未相应增加，碳和汞在时间上的脱钩是由于颗粒物下沉过程中去除的差异造成的。
全新世期间，气候变暖导致罗斯海近一半的冰架面积消失，导致大量冰川和陆地有机碳进入海水中，但冰川退缩也创造了大片开阔水域，促进了浮游植物的生长，提高了海洋初级生产力和大气CO 2吸收量，因此，有机碳埋藏基本保持不变。
而在整个全新世，罗斯湾和公海的沉积物汞埋藏量迅速增加。罗斯海的汞埋藏量增加了5倍，而公海地区的汞埋藏量增加了8倍，冰川和陆地与海洋有机碳通量之间的差异可能是导致公海汞埋藏量比海湾地区增加幅度更大的主要因素。几乎所有沉积物岩心都呈现出一致的上升趋势，而冰芯汞浓度在此期间保持相对恒定，这表明这些趋势不能归因于大气汞浓度的变化。
如下图所示（点击查阅）
a全新世。b现在。绿色箭头代表有机碳（OC）的外部来源和输送过程，灰色箭头代表汞（Hg）的外部来源和输送过程。
研究发现，罗斯海湾的有机碳和汞浓度显著高于开阔海域，罗斯海湾的有机碳平均浓度为0.59 ± 0.48%，而开阔海域有机碳平均浓度为0.23 ± 0.14%；汞的浓度在罗斯海湾为51 ± 26 ng g⁻¹，而在开阔海域汞的浓度为12 ± 15 ng g⁻¹，碳和汞的沉积率在冰架附近最高，随着远离冰架逐渐降低。
如下图所示（点击查阅）
图表上的灰色阴影表示海底深度（左轴）。图中描绘了各种沉积物岩心（右轴）的参数，例如汞 (Hg)、汞埋藏速率(Hg burial )、有机碳 (OC)、OC 埋藏速率 (OC burial )、 C org /N tot比、δ 13 C org、Hg 同位素和沉积速率 (SR)，其中罗斯湾岩心显示为棕色，公海岩心显示为青色。误差线表示标准偏差。
研究发现，沉积物中的有机碳主要来自海洋生产力，但冰川和陆地输入的有机碳在罗斯海湾中也占比较大；而汞的主要来源是大气沉降，冰川和陆地输入也贡献了部分汞。
这项研究表明，气候变暖对南极海洋的碳和汞循环具有复杂的影响，尽管冰川退缩增加了有机碳的输入，但其降解过程削弱了碳的封存能力，而汞的埋藏率显著增加。未来的气候变暖可能会进一步加剧这些影响，对全球气候和南极生态系统构成挑战。
❓思考题，随着全球变暖，南极冰川逐渐退缩，这对南大洋的碳和汞沉积产生了什么有趣的影响？
A. 碳埋藏增加，汞埋藏减少
B. 碳埋藏减少，汞埋藏增加
C. 碳和汞的埋藏都增加
D. 碳和汞的埋藏都减少
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B。 解析：根据这项研究，气候变暖导致南极冰川退缩，虽然增加了陆源和冰川来源的有机碳输入，但由于有机碳在水柱中的降解增加，最终碳的埋藏率并未显著增加。与此同时，冰川退缩增加了大气汞的沉降和陆源汞的输入，导致汞的埋藏率显著增加。因此，选项B正确描述了碳和汞埋藏的变化趋势。
思考
虽然目前的研究强调了海洋沉积物中汞浓度的增加，但海洋生态系统中汞的富集会产生哪些长期生态影响？
参考文件：Chengzhen Zhou, Maodian Liu, Robert P. Mason, Prakhin Assavapanuvat, Nikki H. Zhang, Thomas S. Bianchi, Qianru Zhang, Xiaolong Li, Ruoyu Sun, Jiubin Chen, Xuejun Wang & Peter A. Raymond ，Warming-induced retreat of West Antarctic glaciers weakened carbon sequestration ability but increased mercury enrichment. Nature Communications volume 16, Article number: 1831 (2025) ，doi：10.1038/s41467-025-57085-1