世界上最深的海沟里有来自人类的汞污染吗？

世界最深海沟有没有源自人类的汞污染？中国团队参与揭秘

60多年前，日本发生了震惊世界的“水俣病”。水俣病背后的罪魁祸首是甲基汞。汞是一种有毒的、可在全球运输的污染物。今天的汞排放是工业革命前的3-5倍左右，这使得地表生态系统中的汞污染显著增加。目前主流观点认为海洋中的甲基汞主要产生于中央海洋的低氧区(100-1000米)。随着气载汞数据覆盖范围的不断扩大，越来越多的研究表明，深海(1000米以上)的甲基汞含量可能并不低。

前几天《自然通讯》发表的一篇文章《上层海洋甲基汞侵入到马里亚纳海沟》证实，人为汞可能已经到达了地球上最偏远的海洋生态系统的食物网，对脆弱的深渊生态系统造成了潜在的危害。本研究中，天津大学地球系统科学学院孙若愚、刘勇副教授与中国科学院深海科学与工程研究所、法国科学院图卢兹地球环境研究所、南开大学、南京大学合作，利用深渊登陆器采集马里亚纳海沟生物样品，利用汞同位素揭示了甲基汞在深渊中的来源和迁移路径。

但由于人类对深海的探索有限，到底有多少甲基汞在深海中富集，人与自然产生的汞占多大比例，甲基汞是否有其他途径到达深海，世界上几十个海沟系统是否有相同的汞源和迁移路径，仍然是个谜。

学术界长期认为 千米以下深海没被甲基汞污染

汞是世界上唯一在常温常压下以液态存在的金属元素，具有很强的挥发性。“自然和人类活动都会产生汞。汞来自各种自然来源，如火山爆发和森林火灾。然而，人类活动，如煤和石油燃烧、采矿和冶炼，是海洋环境汞污染的主要原因。”文章第一通讯作者孙若愚介绍，进入海洋的汞在细菌的作用下会转化为剧毒的甲基汞，甲基汞容易在生物体内富集，通过食物链进入高营养鱼类、哺乳动物和人体。例如，箭鱼中甲基汞的浓度是鲑鱼的40倍。

因此，在全球变化的背景下，研究海洋甲基汞的生成、转化和富集对制定全球和区域环境政策(如《关于汞的水俣公约》)具有重要意义。

此前发表在《自然》等科学期刊上的研究表明，当今海洋中人类产生的汞约有6万吨，其中2/3位于上层海洋，其余1/3位于深水快速形成区的北大西洋深水和南极底水。

“以前的研究表明，北大西洋受到欧洲和美国大规模工业化的影响，人为汞排放增加，导致大气中汞含量增加。大气中的汞进入上层海洋，受洋流影响。海水流向北冰洋时，由于海水温度降低而迅速下沉，加速了人为汞向海洋深处的下沉。”据孙若愚介绍，这一点已被科研人员发现并证实，在这些地区的深海中存在人造甲基汞。

“但是当研究人员用同样的方法估计太平洋深处是否有汞污染时，他们得出的结论是，理论上太平洋深处基本没有汞污染。因为太平洋不在深水形成区，如果上层海水被污染，海水就慢慢混入下层，这是一个非常漫长的过程。”孙若愚说，如果被污染的海水由于洋流的作用，从大西洋深处流向太平洋深处2万多公里，速度也很慢，可能需要几千年。

基于这些研究，学术界一直认为甲基汞主要产生于几百米深度的海洋顶部，1000米以上的深海基本没有人为汞污染，被认为是地球上最后的“净土”。

近年来，随着深海勘探热的兴起，深海潜水技术的发展也在加速，国内的深海潜水器和渔民可以到达1万米以下的深海作业。孙若愚说：“我们选择马里亚纳海沟取样，因为这是已知最深的海洋。如果汞污染能到达这里，其他地方也应该存在。”

2016-2017年，孙若愚团队在马里亚纳海沟(Mariana)和雅浦海沟(Yapu Trenches)底部部署了精密的深海采样器，在7000-11000米处捕获了狮子鱼和海沟虾等特有动物，并在5500-9200米处采集了沉积物。结果发现，与淡水和海岸带的同类两足动物相比，深钩虾体内的总汞和甲基汞明显富集。

孙若愚等研究人员发现，7000-11000 m海沟生物的汞同位素组成与上层海洋(1000 m以内)的鱼类相似。结合深水生成模型、甲基汞的生命周期和海沟区颗粒物的运移路径，认为海沟生物的甲基汞主要来自上层海洋；表层海洋中光降解的甲基汞与中层海洋中光降解的甲基汞混合，然后通过下沉颗粒进入深海食物链系统。

孙若愚解释说：“大气中的汞随着降雨沉积在表层海洋中，然后以鲸鱼坠落(鲸鱼死亡后沉入海底的现象)和死海藻颗粒等小颗粒的形式输送到深海。在这个过程中，马里亚纳海沟独特的地质结构导致地震频发，漏斗放大系统会加速小颗粒的传播。我们通过测量汞的同位素组成来确定汞的富集程度。结果表明，底栖生物与太平洋400-600米深处的鱼类非常一致，相关证据表明，这些汞可能来自最近几十年，因此很大一部分来自人类活动。”

同位素测定发现 深海动物体内富集人为产生的汞

“目前，对生物体中富集的汞及其同位素的检测是间接证据。只有直接检测海水中的汞含量和同位素才是直接证据。”孙若愚介绍，但由于海水中汞含量极低，用现有的检测技术很难直接准确地检测海水中的汞同位素组成，因此下一步是开发更好的技术，获取直接证据来支持这一结论。

“在马里亚纳海沟深海发现的甲基汞中，人为汞与天然汞的比例是多少，这无法通过同位素检测来确定。”

如果海洋生物需要生存，它需要食物。鲸落，加上热液和冷泉，被称为深海生物的“绿洲”，共同促进了海洋生物的繁荣。“通过检测海洋生物中的汞同位素，已经证明鲸鱼坠落是甲基汞迁移的方式之一。但是我们没有对过热液体和冷泉周围的样品进行测试，所以我们无法发现热液和冷泉是否也是深海甲基汞的来源。如果有，那么来自冷泉和深海鱼类热液中的甲基汞是什么？”孙若愚表示，这些问号需要进一步采样验证。

此外，世界上还有几十种壕沟系统。这些沟渠系统是否具有相同的来源和迁移路径？“目前，有必要去这些海沟系统的深海区域进行取样和测试，以证明它们是否都有类似马里亚纳海沟的情况。”孙若愚说，经过多样本分析，可以做出合理的模型，让我们更好地了解海洋最深处汞的来源，这将有助于模拟汞在海洋中的命运。

“如果大胆推测，深海中可能存在未知暗流，速度比较快，可能很快会把上层海水带到太平洋的深海区域。”孙若愚说，深海未知的东西太多，科学家需要继续探索。