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作者:张双虎 来源:中国科学报 发布时间:2021/6/10 14:26:00
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汞污染修复,人们亟须打开“黑箱”

 

汞污染和温室气体一样,能在全球范围产生影响。作为一种重金属污染物,它在自然界(包括大气、水体、土壤以及生物圈)中普遍存在。

尽管2017年,包括中国在内的128个国家和地区联合签订了控制汞污染的《水俣公约》,但汞污染并未消除,它会因历史排放而持续影响人类上百年。

近日,南京大学大气科学学院教授张彦旭课题组与麻省理工学院、密歇根理工大学、加拿大曼尼托巴大学、华东师范大学、清华大学和中科院地化所研究人员合作,在线发表于《自然—通讯》的研究,揭示了目前世界各国甲基汞暴露的健康风险与经济损失,并预测了至2050年,全球汞排放变化对人群健康的影响。

预测汞排放的健康效应

“因甲基汞摄入造成的经济损失,目前全球总计为每年1170亿美元。”张彦旭告诉《中国科学报》,“人群的健康效应受饮食结构的影响,鱼类等海鲜消费量较大的沿海国家对甲基汞暴露的健康风险最大。”

张彦旭解释说,汞是一种有毒重金属,其甲基化合物(甲基汞)会影响幼儿的智力发育和成人的心脏健康,导致新生儿智力损伤和诱发心脏病死亡。虽然《水俣公约》已于2017年8月正式生效,但其实施效果还未得到系统和定量的评估。

汞从排放源到对人体产生毒害作用,受到多个环节影响,包括大气传输与沉降、气—海交换、气—陆交换、化学转化(尤其是汞的甲基化)、食物网转移等。这些过程也受气候变化、土地利用、海洋环流和生态系统功能等因素影响。

为搞清这一问题,张彦旭课题组耦合了大气、土壤和海洋模型,开发出一种全面的方法来预测未来汞排放变化的健康效应。

研究人员预测了5种不同排放情景下,2010年至2050年全球汞分布变化。在最乐观的情景下,2050年淡水和海洋生物中甲基汞的浓度水平将降至当前的一半,而土壤汞的变化较小。推迟减排政策会显著增加环境中汞的浓度水平。在两种高排放情景(能源均衡发展情景和高温室气体排放情景)下,大气汞沉降分别上升87%和59%。

摄食鱼类要有选择

“汞有很多种化学形态,不同的化学形态带来的环境后果和问题也不同。其中,甲基汞是风险最大的汞化学形态之一。”南开大学环境科学与工程学院教授张彤告诉《中国科学报》,“汞是一种全球性污染物,传播能力很强,这就是为什么在一些没有汞污染源的地方,比如极地,仍然会检测出较高浓度汞的原因。”

大气、水体、土壤及生物圈,汞污染的影响无处不在,没有人能置身事外。

“相比之下,鱼类、稻米甲基汞含量偏高,而人体中的甲基汞主要来自食用被污染的鱼类与稻米。”张彦旭说,“对个体而言,汞暴露风险的确是随鱼类和稻米的消费量增加而增加的。总体而言,稻米的风险小于鱼类消费。”

2010年,美国食品药品监督管理局(FDA)曾有一个金枪鱼的建议食用量:每周不超过200克(针对体重超过100公斤,5年以上的金枪鱼)。2018年8月,FDA联合环境保护署(EPA)再次发布鱼类消费建议,因汞含量问题,马林鱼、大鲭鱼、旗鱼、长寿鱼、鲨鱼、墨西哥湾方头鱼、大眼金枪鱼7类儿童禁食。

“这个问题要辨证来看,鱼类富含各种不饱和脂肪酸和维生素,对心血管系统有益,摄食鱼类的整体健康效应依然是正的。“张彦旭说,”我们的研究并不建议少吃或不吃鱼类,而是对鱼类要有所选择,避免摄食含汞量较高的鱼类,如鲨鱼(鱼翅)、金枪鱼等。”

专家建议,孕妇和儿童不要吃未经汞检测的鱼。比如,自己捕获较大的野生鱼,或多年生的、位于食物链顶端的鱼。而市场上出售的鱼都经过检疫检验,汞含量在安全范围之内。

不给明天遗留“历史问题”

张彤认为,汞污染一个重要特点是自然源排放强度大,联合国环境规划署曾对排放源的强度进行了对比,结果发现,自然源和人源排放几乎在一个数量级上。汞污染难以通过管控手段,通过新材料替代来完全实现源头治理。

“比如火山、地壳活动我们控制不了,但它会导致汞的释放。全球气候变暖会导致冰川融化,造成原来封存起来的汞释放。”张彤说,“因此,关注汞进入环境后的迁移转化过程就非常必要。”

“目前,环境汞浓度是工业革命或人类大量开采汞矿之前的三至五倍。”张彦旭说,“与减少鱼类摄食量相比,真正有效降低汞暴露风险的方式是减少人为汞排放。”

“我们预期《水俣公约》能有效控制汞排放。”张彦旭说,“但问题是‘历史排放’,即公约之前人类活动排放的汞,在大气—土壤—海洋中循环,会造成持续的健康风险。即使我们当前把排放减到零,汞污染也只能慢慢减轻,不会马上消失,这个过程会持续几十乃至上百年。因此,人类目前亟需控制排放,防止汞污染进一步加剧,也防止今天的排放成为明天的‘历史排放’”。

诸多谜题尚待解答

4月26日,张彤团队在《自然—地球科学》发表论文,介绍了关于“含汞矿物纳米颗粒微生物甲基化过程机制”。他们的研究发现,天然有机质可通过调控初级纳米粒子的生长方向,影响纳米汞与厌氧细菌金属转运蛋白的结合过程,显著抑制其甲基化潜能的自然衰减,导致富含有机质环境中甲基汞持续生成和积累。这为环境汞污染风险评估提供了理论依据,为设计开发高效的甲基汞污染阻控技术提供了新思路。

“甲基汞的生物富集性强、毒性强,但环境中、食物链中的甲基汞并非人类活动导致直接的排放,而是自然过程中在微生物的作用下产生的,所以我们一直想搞清楚这个过程是如何发生的。”张彤说,“弄清其机制,就可以有的放矢阻止这个过程,在一定程度上控制汞污染的风险。”

一旦汞进入环境中,就会发生一系列转化。如果不能弄清汞在自然界的迁移转化机制,人们就没有办法去控制它,最终会转化成毒性非常强的物质(比如甲基化合物)。

“在汞研究领域,国内外很多科学家做出了非常漂亮的工作。但另一方面,汞在环境中的迁移转化,汞的生物地球化学循环过程中很多机制并不清楚,预测模型的部分环节还处于‘黑箱’状态。”张彤说,“在明确汞甲基化和自然衰减过程机制的基础上,我们才能开发出低成本、环境友好的原位甲基汞污染阻控技术,为汞污染全球治理提供新策略。所以,要从根本上解决汞污染治理和修复问题,最重要的前提是我们要充分地认识自然,去揭开很多未知的谜题。”

相关论文信息:https://doi.org/10.1038/s41467-021-23391-7

https://doi.org/10.1038/s41561-021-00735-y

 
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