简要介绍
汞化合物是一类强效的神经毒素，主要通过食用鱼类威胁人类健康。河流不仅是饮用水和食物的重要来源，自工业革命（约1850年）以来，其汞浓度和向沿海地区的输出量也显著上升。然而，这一变化的时空格局尚未被系统研究，限制了对相关环境政策成效的评估。近日，bevictor伟德官网与大气科学学院联合课题组于国际刊物Science Advances发表题为“Human perturbations to mercury in global rivers”的研究论文。该文基于地球系统模式CESM2与E3SM开发全球河流汞模型，采用工业前时期气象驱动场来模拟工业前时期的河流总汞通量，并通过与现代观测估算和模拟进行深入对比，系统量化了近现代人类活动对河流汞循环的扰动。
图1 模型结构示意图
主要研究结果
研究结果表明，在工业前时期，全球河流每年向海洋输送约390 Mg/yr（等同于吨/年）的汞，且存在显著的区域差异。热带和亚热带地区（30°N–30°S）因强降水和高地地貌特征，具有更高的汞侵蚀通量。泛喜马拉雅区域尤其显著，是河流土壤汞输入的最重要源区。亚洲的主要大河，如长江、黄河和雅鲁藏布江，因其强烈的侵蚀能力，是近现代向海洋输出汞的关键通道。全球多处高原和山区（如安第斯山、东非高原、巴西高原等）因地形陡峭和流域面积大，造成高汞侵蚀通量。特别是在靠海的山区河流中，洪水可在短时间内将大量汞快速输送到海岸。这类快速事件往往难以监测，导致其在全球汞循环中的重要性被低估。
图2 从陆地到河流的土壤汞侵蚀通量分布
对比结果表明，人类活动已使当今河流汞通量提升至工业前的两到三倍。与最新的观测河流汞估算清单（“Liu清单”）相比，本研究的模型结果揭示了汞输出显著上升的趋势，凸显人类活动对河流汞循环的深远影响。以“Liu清单”的估算为参考，北美和南美洲的增长最为显著，占全球新增河流汞通量的约41%（245 Mg/yr），其次为东南亚（22%，130 Mg/yr）和南亚（19%，111 Mg/yr）。这种增长在很大程度上受到人为扰动的驱动，尤其是土法炼金活动的迅速扩张。例如，在亚马逊流域，由于过去几十年大规模森林砍伐和非法采金活动的影响，土壤侵蚀汞输入大幅上升，使该地区的河流汞通量已超过200 Mg/yr，其中超过三分之二来自人为释放。
与此同时，东亚地区河流汞负荷的增加主要归因于工业排放，相比之下，一些河流流域由于水库建设导致泥沙和汞被滞留，当前的河流汞输出甚至低于工业前水平。例如，尼罗河流域受阿斯旺高坝等水利工程影响，出现了汞输出的显著下降。区域间汞输出的变化存在显著的空间异质性，不同扰动源（如土法炼金与工业排放）在各地区的作用机制也存在差异。值得注意的是，在观测数据稀缺的地区（如中非、东南亚部分流域），模拟结果与统计估算存在一定差异，强调了加强监测和提升区域观测能力的重要性，以更准确地评估全球河流汞污染现状与变化趋势。
图3 同地区近现代河流汞增长对比
展望
工业前河流汞通量基线为全球汞治理提供了关键参考，不仅有助于衡量《汞公约》等国际协议的实施效果，也为各国制定减排与生态修复目标提供了依据。尽管全球汞排放总体受控，南亚、东南亚和南美的土法炼金活动仍在加剧污染。在人为汞排放占主导的流域，如长江，河流汞通量可作为评估治理效果的敏感指标。基于本研究建立的工业前全球河流汞水平历史基线，结合模型对水坝与土壤汞变化的模拟，能够提升对河流汞污染过程的理解和监测精度，并揭示了河流系统对人类扰动的快速响应。这些发现可为全球河流汞污染恢复目标的制定提供科学依据。本研究将为我国《汞公约》履约工作提供重要科学依据。
文章信息
文章第一作者为bevictor伟德官网高建华教授与大气科学学院张彦旭（现就职于杜兰大学）联合培养的博士生彭栋。该跨学科培养计划依托bevictor伟德官网在地理学与海洋科学方面的学科基础，结合海岸与海岛开发教育部重点实验室在陆海物质循环与近海输送等研究领域的优势，并与大气科学学院在地球系统数值模拟方面的强项形成互补，致力于推动学科交叉与融合，是bevictor伟德官网在推进新型学科体系建设和跨学科博士培养方面的重要探索与实践成果。论文指导老师bevictor伟德官网高建华教授为本文尾作，杜兰大学张彦旭教授为本文通讯作者，文章的其他合作者包括美国西北太平洋国家实验室研究员Dr. Zeli Tan, 法国科学院-图卢兹地球环境研究所Prof. Jeroen Sonke, 美国地质调查局国家湿地研究中心研究员Dr. Beth Middleton, 北京林业大学雷光春教授、雷霆教授，美国杜兰大学博后Dr. Tengfei Yuan, 美国加州大学圣地亚哥分校博后Dr. Peipei Wu, 以及bevictor伟德官网大气科学学院的博后宋正城博士、毕业生黄少剑博士和博士生张鹏。本研究受国家自然科学基金重大项目和面上项目资助。
文章链接为：https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.adw0471