海洋所研究發(fā)現(xiàn)海洋酸化可顯著影響沉積物中重金屬的遷移轉(zhuǎn)化
近日,中國科學(xué)院海洋研究所宋金明、袁華茂團隊在JCR一區(qū)Marine Pollution Bulletin發(fā)表了題為“Heavy metal mobility in contaminated sediments under seawater acidification”的研究成果,報道了痕量元素在海洋酸化驅(qū)動下的遷移轉(zhuǎn)化過程及其在“沉積物—海水”體系中的擴散遷移與再平衡行為,解析了由此產(chǎn)生的生物毒性效應(yīng)和生物可用性影響,為闡釋海洋碳交換與近海環(huán)境演變的耦合關(guān)系提供了新的見解。
自18世紀(jì)中葉工業(yè)革命以來,大氣CO2含量不斷升高,海洋作為地球的主要碳匯之一,大量地吸收人類排放的CO2,從而導(dǎo)致全球海洋pH 與CO32-降低。海水中H+和CO32-是影響海洋生物地球化學(xué)過程的關(guān)鍵因子,在海洋酸化的背景下,H+和CO32-濃度的降低將會深刻改變包括生物生長繁殖、生態(tài)環(huán)境健康、物質(zhì)能量循環(huán)等在內(nèi)的諸多過程。在上述三個過程里,痕量元素(trace elements)作為表征指標(biāo)和控制因素始終貫穿其中。海洋痕量元素具有多變的賦存狀態(tài)和復(fù)雜的循環(huán)路徑,對維持海洋生物的生命代謝,推動海洋生源要素的循環(huán)轉(zhuǎn)化,維持生態(tài)環(huán)境與地質(zhì)過程健康運轉(zhuǎn)都具有十分重要的作用。與此同時,深入研究海洋酸化條件下痕量元素在界面處的平衡分配及在沉積物—間隙水—上覆水間的溶解釋放、遷移轉(zhuǎn)化,對開展痕量元素對海洋酸化響應(yīng)及控制機理的研究,解答海洋酸化過程對沉積物—水體環(huán)境中的痕量元素產(chǎn)生的生態(tài)學(xué)效應(yīng)至關(guān)重要。
基于此,宋金明團隊創(chuàng)新設(shè)計了一套室內(nèi)試驗?zāi)M系統(tǒng),利用原位海水、高精度CO2加富以及薄膜梯度擴散(DGT)原位監(jiān)測技術(shù),明晰了主要痕量元素在海洋酸化驅(qū)動下的遷移轉(zhuǎn)化過程以及沉積物—海水體系中的擴散遷移與再平衡行為,解析了由此產(chǎn)生的生物毒性效應(yīng)和生物可用性影響。結(jié)果表明,在海洋酸化條件下,Cd, Cu, Ni, Pb, Fe, and Mn等主要痕量和金屬元素都存在“沉積物—間隙水—上覆水”這一釋放途徑,且釋放速率受到酸化強度和暴露時間的正反饋。對沉積物中痕量元素化學(xué)賦存形態(tài)進行對比研究發(fā)現(xiàn),隨著海洋酸化的持續(xù),痕量元素的生物可利用部分(F1)減少,但潛在的生物可利用部分(F1+F2)是可變的。
該論文的第一作者為研究生高文婧,曲寶曉副研究員和袁華茂研究員為論文通訊作者,該研究得到了國家自然科學(xué)基金和山東省科學(xué)基金的資助支持。
相關(guān)論文及鏈接如下:
Gao Wenjing, Qu Baoxiao, Yuan Huamao, Song Jinming, Li Weibing. 2023. Heavy metal mobility in contaminated sediments under seawater acidification. Marine Pollution Bulletin. 192. 115062. https://doi.org/10.1016/ j.marpolbul.2023.115062

圖1 痕量元素在海水、沉積物-海水界面、沉積物間的遷移轉(zhuǎn)化

圖3 不同酸化條件下重金屬賦存形態(tài)的變化
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