青藏高原、南极地区汞同位素分布特征及其示踪研究

• Main Author: 刘洪伟
• Other Authors: 江桂斌, 魏复盛, 史建波
• Format: Other/Unknown Material
• Language: Chinese
• Published: 2019
• Subjects: 汞同位素， 青藏高原， 南极地区， 环境行为 ，来源解析; m Ercury Isotope t Ibetan Plateau a Ntarc Tic Environmental Behavior; Source Apportionment; Antarctic; Antarc*
• Online Access: http://ir.rcees.ac.cn/handle/311016/42250

汞（Hg ）是一种 广泛分布的全球污染物 。 由于 气态 元素 汞的停留 时间 较长，汞 可以 在 环境中进行长距离 传输并沉降到 偏 远 地区，比如极地 和 高山 地区 。汞 在这些地区沉降后 可以发生 各种 转化 反应参与到 当地 的汞 循环 中 。 汞 在 循环 过程 中可以形成各种化合物，其中 甲基 汞 Me Hg 具有很强的神经毒性 且 极易通过食物链累积 因而会对 当地 生物 和居民 健康 造成 危害 。 青藏高原 、 南极 和 北极 通常被 称 为 世界 三极 。 这些 区域气候条件恶劣， 物种 多样性低 生态 系统 非常脆弱。 越来 越多的研究发现 这些 地区 是 汞的 “汇在全球汞循环 中起到 了非常重要的作用 因此研究这些区域的汞循环 具有重要 意义 。本 论文主要通过分析 样品 中 汞同位素 组成 追溯 青藏高原 和南极地区 汞 的 来源和 迁移转化 过程 。 研究了两种 常用的样品前处理方式 酸消解 和管式炉燃烧法 用于 汞同位素分析的可靠性。 结果表明 ，两种 前处理方法处理 标准 参考 物质 的总 汞回收率在98 106 之间， 同位素 分析结果与报道值基本一致， 所以 两种前处理方法均稳定可 靠。酸 消解方法 具有 较高的效率， 可 用于高汞含量样品的批量 处理 管式炉 燃烧 法虽然耗时较长，但 可以 处理更低汞含量的样品。 该研究 为 本论文 后续 极地样品中汞同位素 分析 提供了可靠的前处理 方法。 首先,研究 了 纳木错 地区 鹰羽毛和肌肉 样品 中的汞 含量与 同位素组成。 鹰 羽毛和肌肉 汞 含量 都 非常低 可能与 该地区 陆 生环境 中 较短的 食物链 有关系。鹰 组织中的 Δ 199 Hg 值 最高可达 2.89 ± 0.06‰ (2SD) 可能由 西藏 地区 强烈 的紫外辐射 引发 较高 程度的光 化学反应导致。 与纳木错 鱼体汞同位素相比， 尽管 鹰 羽毛 和鱼 肌肉 的甲基汞含量均 达 95 以上， 但二者 的 Δ 199 Hg 值 显著 不同 表明 陆 生 和水 环境 中 存在 不同的 甲基汞 生成和 转化 过程。 该研究揭示 光化学 反应对陆 生环境中汞Δ 199 Hg 的贡献 大于 水 环境 。 对 西藏 色季拉山 苔藓、 松针 和土壤样 品 中 汞浓度 和同位素组成 分析 发现 样品 中 总汞 浓度和同位素 组成 均 与海拔呈现显著的相关关系表明 海拔是 影响汞分布的重要因素 。 同位素 分析 结果表明 大气 元素态汞是 苔藓 、松针 和 土壤 中 汞的主要来源 。 对南极 乔治王岛 长城站 附近 环境 和 生物样品中汞同位素特征进行了研究 。 分析 了 沉积 物 、贝类、 螺类和鱼体中的汞浓度和 同位素 组成 贝类 、螺类和鱼体内Δ 199 Hg/δ 202 Hg 和 Δ 199 Hg/Δ 201 Hg 比值表明它们 体 内累积 的汞在环境中经历了不同的循环过程。 贝类 和螺类 累积 的 甲基汞 主要 由 底泥中 微生物甲基化生成并且 没有光化学反应过程 而 鱼体 中 累积的 甲基汞 是底泥中 生成 的甲基汞和水体中经历了光化学反应的甲基汞的混合 。 根据螺类 和 贝类 体内 Δ 199 Hg 和 M eHg% 的 相关性，计算得出沉积物中 生物 可利用部分 甲基汞 和 无机汞（ I Hg 的同位素 非质量分馏特征 值（ Δ 199 Hg MeHg : 1.56 ± 0.05 ‰‰; Δ 199 Hg I Hg : 0.39 ± 0.02‰ 。根据 已知 光化学反应 产生 的 不同 Δ 199 Hg/Δ 201 Hg 比值 ，计 算出鱼体 中约有 44 的汞来自沉积物 。 此外，对 苔藓 和地衣 中汞 的同位素特征进行了研究 结果表明， 南极 地衣和苔藓具 有显著不同的 Δ 199 Hg 值 ，表明二者不同的汞 累积 途径 。 苔藓 中 的 Δ 199 Hg 值 与 全球偏远 地区 大气元素态汞相似 ，说明 苔藓中 的 汞主要来自大气元素态汞。 然而地衣中 较高 的 M eHg/Hg 比值 40% 和 Δ 199 Hg/Δ 201 Hg 比值 1.23 ）表明南极地衣 可以 从环境中累积 甲基汞，由于甲基汞 更 易生物 累积 放大并具有更高的 毒性，对地衣中 甲基汞的来源及行为过程需要进一步的深入研究 。 总之，本 论文 首先 对 汞同位素分析的前处理方法进行了研究 ，随后 选取青藏高原和南极乔治王岛 为 研究 区域 对 这些 地区 环境 和生物样品中汞的形态及同位素组成进行了分析， 进而对 汞在这些地区的 分布特征 、来源 和迁移转化 过程 进行了 探讨 。 由于这些 地区 在地理 位置上的特殊性，研究结果对全面 理解 汞 的长距离传输、 迁移转化过程及 生态 环境 风险 具有 重要意义。