对话北大刘茂甸：气候变暖与人为排放共同加速南极半岛汞循环，治理汞污染不能只盯着今天

搜狐科技《思想大爆炸——对话科学家》栏目第164期，对话北京大学城市与环境学院研究员刘茂甸。

嘉宾简介：

刘茂甸，北京大学城市与环境学院研究员，博士生导师，博雅青年学者，国家高层次青年人才计划（海外）入选者，兼任北京大学碳中和研究院、海洋研究院、青藏高原研究院研究员。研究方向为全球变化与污染物循环。

• 持续变暖正在激活冰冻圈中长期封存的汞，使其由相对稳定的“汞储库”转变为活跃的“汞释放源”。

• 即便未来人为排放开始下降，过去两百多年积累的历史汞仍然可能因为持续变暖而不断释放，延缓南极环境的恢复。

• 汞污染治理不能只是控制今天的排放，还必须同时关注气候变化和历史污染的再激活。

• 很多重要发现不是灵光一现，而是经历长期坚持之后，把散落的数据证据连成一条完整的链条。

出品｜搜狐科技

作者｜周锦童

南极，常被我们称为“地球上的最后一片净土”，但现在，它正在演变成一个“二次污染源”。

近日，北京大学城市与环境学院刘茂甸研究员领衔的研究团队在《美国国家科学院院刊》（PNAS）上发表最新研究成果，系统揭示了自工业化以来，人为排放与气候变暖如何共同加速南极半岛的汞循环。

研究表明，持续变暖正在激活冰冻圈中长期封存的汞，使其由相对稳定的“汞储库”转变为活跃的“汞释放源”。

研究为何把目光锁定在南极半岛？这些汞是从何而来？南极汞释放会不会影响海鲜安全？带着这些问题，搜狐科技对话了北京大学城市与环境学院刘茂甸研究员。

南极半岛的汞主要来自人类活动排放

众所周知，汞是一种具有神经毒性的全球性污染物，它在常温下是唯一能以气体形态存在于大气中的重金属，可以在大气中停留数月之久，也可以随大气环流跨越上万公里。

“像东南亚、南亚、东亚，还有南美洲、非洲，这些中低纬度地区是主要的人为排放区，这些汞经过大气长距离传输，会沉降到极地的冰川中。我们这项研究想回答的问题是：气候变暖能不能把这些远距离传输过来、被封存在冰川里的汞重新释放出来。”刘茂甸如是说。

其实，南极本身是不产汞的，所以这些汞的来源主要是人类活动排放，包括燃煤、金属冶炼、采矿和废弃物处理。

刘茂甸解释道：“当前汞的排放重心主要在发展中国家，但历史上欧美发达国家在工业化的两百多年间也排放了大量汞并沉降到极地，因此南极半岛既接收着发展中国家新排放的汞，也储存着欧美国家历史遗留的汞，还有少量来自岩石风化的天然汞，但相对人为排放占比极小。”

而研究之所以选择南极半岛，是因为样品相对来说比较容易获取，而且南极半岛是最理想的“天然实验室”。

“南极半岛的变暖速率是全球平均水平的6倍，像冰川退缩、融水、地表径流、侵蚀以及海冰变化都比南极其他地方活跃很多，所以在这里，更容易观察到冰冻圈如何把以往储存的汞重新释放出来。”刘茂甸补充道。

谈及“6倍”具体意味着什么，刘茂甸表示：“这指的是工业革命以来，南极半岛长期升温速度是全球平均水平的6倍，背后是极地放大效应在起作用，像北极，变暖速率也达到了全球的3到4倍，南极半岛作为南极变暖最剧烈的区域，放大效应更为突出。”

当然，这种快速变暖也会带来一系列实际影响。比如，它会延长每年极地的融冰时间，温度越高、融冰越久，冰川退缩就越快，进而增加融水径流和地表侵蚀，使得原本封存在冰雪和土壤中的汞更容易被释放到海洋中。

双重“回路”加速南极汞富集

于是，基于实地观测的和模型模拟研究，刘茂甸和团队进一步具象化了南极半岛汞循环的两个耦合“回路”。

第一个是“大气-海洋环”。大气中的汞沉降到海面后，被海洋浮游生物和颗粒物吸附并带向海底，部分汞也会因气态元素作用重新挥发到大气中。随着气候变暖、海冰减少，海洋就像“打开了一个天窗”，会让大气沉降和海洋挥发同时增强。

第二个是“大气-冰川-陆地-海洋环”。大气汞沉降到冰川、冰雪和土壤表面后被保存下来，气候变暖后，这些“历史遗留汞”会随着融冰和侵蚀泥沙重新进入海洋。

“这两个回路在南极近岸汇合，一个不断送来新的大气汞，另一个不断释放原有的陆地旧汞。气候变暖同时打开了接收汞的新门和释放历史汞的旧门，双管齐下加速了整个半岛附近海域的汞富集。”刘茂甸如是说。

此外，研究团队也通过对南极半岛陆架16根沉积物岩心进行高分辨率地球化学与汞同位素分析，结合新开发的多介质模型，重建了工业化以来该区域汞的收支历史。

结果显示，现代南极半岛陆架沉积物的平均汞累积速率是全球陆架平均水平的两倍，自工业化以来，这一累积速率增长了160%，冰融驱动的陆地汞释放通量激增了550%。

在刘茂甸看来，160%的增长来自沉积物观测，反映的是人为排放和沉降增加的结果，在工业革命背景下这个增幅并不算特别巨大。而550%的释放通量来自模型模拟，这个数字可比160%高出很多，恰恰证明了除了人为排放之外，气候变暖还有一个额外的“加速放大”的效应。变暖不仅让更多的汞沉降下来，还让封存已久的汞加速释放出去。

因此，这些数字也共同指向了一个结论，就是南极半岛已经不再是一个只能被动接收和储存汞的偏远地区，而正在成为全球海洋汞富集和再循环的“热点”。

“即便未来人为排放开始下降，过去两百多年积累的历史汞仍然可能因为持续变暖而不断释放，延缓南极环境的恢复。所以我们治理汞污染不能只盯着今天的源头减排，还必须同时关注气候变化激活历史污染的问题。”刘茂甸如是说。

谈及这项研究在方法上的最大创新时，刘茂甸称这次并非是某一项技术的突破，而是将汞同位素、碳同位素的同位素指纹，沉积物定年技术与汞收支模型三者整合到一个统一的研究框架中。

“以往有研究单独做沉积物岩心，有研究单独用定年方法，有研究单独用同位素来区分来源，”刘茂甸介绍，“但我们是第一次把这些相对割裂的技术统一整合起来，得到更大的科学发现。”

整合后的证据链条共同表明，冰川和土壤中储存的历史汞，正在被重新释放。不过，刘茂甸也坦言，由于历史汞与天然汞的同位素特征存在一定重叠，目前还无法精确量化每一部分的具体比例，“但基于以往大量研究的共识，大气沉降中90%以上都来自人为汞排放。”

不过，这项研究的结论主要针对南极半岛及其周边陆架海域，并不能直接推广到整个南极。

“我们得有观测数据才能说明问题，南极半岛受海洋影响强、气候湿润，冰川退缩和融水侵蚀远比南极内陆活跃，但像东南极内陆气候更加寒冷干燥，汞的释放机制可能完全不同。”

汞治理不能只盯着今天

这项研究从启动到发表历时六年的时间。

刘茂甸称团队在2019、2020年就和耶鲁大学、佛罗里达大学及国内外多家海洋研究所进行合作，由对方进行样本采集、前处理和地质数据采集，北大团队提供测试分析技术。然而样品刚准备就绪，新冠疫情就爆发了。

“当时在美国我也被隔离，整个美国、欧洲都在隔离，”刘茂甸回忆，“样本采集、运输，还有线下交流都中断了，耽误了得有半年时间。”

最终在各方努力下，样本测试和相关数据分析才得以接力进行。测试从2020年底持续到2022年左右，后续的数据分析、论文撰写又花了两年多时间，直到2024、2025年文章才最终完成，2026年投稿并正式发表。“论文的第一作者，周诚真，也从当时初入课题组的博士新生，到现在的北大博雅博士后。”

“看似只是一篇文章，其实我们花了很大的努力。”刘茂甸感慨道。

此外，刘茂甸也回应了关于鱼类汞超标和生态威胁的话题。“南极部分掠食性鱼类汞含量较高这个结论来自文献记载，并非我们研究的数据，我们测的主要是沉积物中的汞，并非生物。”

不过，这些进入海洋的汞的确会被微生物转化为毒性更强的甲基汞，先进入浮游生物，再通过捕食关系逐级传递给磷虾、鱼类、海鸟、企鹅、海豹等，营养级越高、寿命越长的捕食者积累的甲基汞浓度越高，比如金枪鱼体内的甲基汞浓度可比海水中高出几个数量级。

谈到这，大家最关心的还是海鲜安全问题。

对此，刘茂甸也给出了回答：“大家目前不要过度担忧，不要因为这项研究担心日常食用的海鲜，南极半岛附近海域并非主要商业捕捞区，而且我们也没有任何证据证明南极融冰已经增加了普通人的膳食汞暴露风险。”

“大家要选择正规渠道、来源清楚的海产品，孕妇和儿童等敏感人群应尽量减少食用像金枪鱼这种大型长寿的捕食鱼类，这也是世界卫生组织的建议，像我们日常偶尔吃些三文鱼，只要不是一天三顿频繁食用，不必恐慌。”刘茂甸建议道。

当被问及这项研究对《关于汞的水俣公约》等国际治理机制的启示时，刘茂甸表示：“我们对这些规则需要部分重新审视，不用推倒重来，但需要把眼光逐步扩展到管理历史污染上。”

气候变暖不会制造汞，但会重新激活冰川、土壤和沉积物中遗留的历史汞。“如果只盯着工厂和矿山的新排放，就会低估环境中的二次循环过程。汞污染治理不能只是控制今天的排放，还必须同时关注气候变化和历史污染的再激活。”

谈及未来研究计划，刘茂甸表示希望能同步观测积雪、冰川融水、海水、颗粒物、沉积物乃至生物样品，打通“从冰川释放到生态风险”的完整链条。

“南极研究需要科考船、需要运输、需要高精度分析，这离不开长期稳定的科研支持，我们中国现在有能力来参与和解决这类全球性的环境问题，这是国家科技实力提升的体现，也是负责任大国的担当，我们也非常欢迎有志同道合的朋友们加入我们的研究。”刘茂甸如是说。

最后，对于那些想进入环境科学领域的年轻人，刘茂甸也给出了自己的建议：“环境科学需要好奇心，也需要耐心。从真实的环境问题出发，尊重每一份数据，敢于跨学科合作，敢于跟国内外各种大咖交流碰撞。很多重要发现不是灵光一现，而是经历长期坚持之后，把散落的数据证据连成一条完整的链条。”

运营编辑 | 曹倩 审核｜孟莎莎