近日，中国科学技术大学在极地汞的生物地球化学循环方向取得重要进展。我校地球和空间科学学院、安徽省极地环境与新污染物重点实验室谢周清、乐凡阁团队在国际上率先开展环南极大气汞走航观测，系统揭示了南大洋夏季大气汞亏损事件的绕极分布特征及其关键驱动因素，并首次证实其空间分布格局主要受来自南极内陆的气团输送主导，而非传统认知的海洋环境主导。这一新认识为深入理解极地汞循环过程及其生态环境效应提供了全新视角，相关研究成果以“Continental outflow shapes the circum-Antarctic pattern of summertime atmospheric mercury depletion zones”为题，于近日在《自然∙通讯》（Nature Communications）在线发表。

汞是一种具有强神经毒性的全球性污染物，可通过大气长距离传输到达南极。南大洋是南极生物（如企鹅、海豹、磷虾）的栖息地，也是全球汞的重要汇区。大气汞亏损事件（AMDEs）是极地大气汞循环中的特殊现象，一般指极地春季日出后，大气零价汞（Hg(0)或GEM）浓度急剧下降的现象。该现象能显著加速汞的大气氧化与沉降，增加极地生态系统汞暴露风险。以往研究认为，该现象主要发生在春季的海冰区域，由海冰光化学过程释放的溴驱动，导致Hg(0)在大气中被大量氧化、清除。然而，对于占南极一年中生物活动最活跃时期的夏季以及南极生物的主要栖息地的南大洋，其大气汞亏损事件的发生规律与成因尚不清楚。

研究团队依托“雪龙”号科考船，在我国第33次南极科学考察期间，成功实施了国际上首次环绕南极大陆的大气汞高分辨率走航观测，并针对上述问题开展研究。所获观测数据表明：夏季南大洋大气汞亏损事件（定义为大气零价汞浓度低于0.6ng/m³）总体发生频率达7.6%，甚至高于部分南极站点春季的发生频率，且环南极空间分布极不均匀。其中，世界上最大的海洋保护区罗斯海海域最为显著，该区域29%的观测时间均处于大气汞亏损状态，而宇航员海、威德尔海等部分海域则极少发生（频率小于1%）。

图 中国第33次南极科考期间大气零价汞浓度的时间序列（a）及环南极空间分布图（b）

关于独特空间分布格局的形成机制，研究团队通过综合运用广义相加模型模拟与浓度权重轨迹分析等多种技术手段，揭示了与传统观点不同的关键驱动因素：其主要驱动力并非源于海洋环境，而是来自南极大陆内部。研究表明，夏季南极高原、冰架及上对流层的高大气氧化性环境可导致内陆大气Hg(0)被有效氧化，并通过南极冰盖表面剧烈辐射冷却形成的下降风快速输送至南极边缘海域。在罗斯海、普利兹湾等下降风辐合区，该输送效应尤为集中，从而在环南极尺度上塑造了夏季大气汞亏损热点海域。

本研究首次清晰展示了夏季南大洋大气汞亏损事件的环南极空间分布特征，并阐明了南极“陆-海”大气耦合过程在其中发挥的核心作用。研究进一步指出，夏季正值南极生物繁殖高峰期，而上述夏季大气汞亏损热点区域，恰好与罗斯海、普里兹湾等关键生物栖息地重叠。这意味着，夏季南极大陆可能通过下降风传输成为向南大洋边缘海输送氧化态汞的重要源区，进而潜在地加剧南大洋生态系统的汞暴露风险。

该成果是研究团队继首次发现海冰边缘区是夏季北极重要的大气汞排放源(Yue et al. , Nat. Commun. 14, 4887,2023)，并揭示其内在驱动机制后（Yue et al., Nat. Commun. 16, 6075, 2025），在极地大气汞生物地球化学循环方向取得的又一重要成果。该研究团队依托我国极地破冰船“雪龙号”和“雪龙2号”以及与国外合作开展了长期的极地汞多学科协同观测，其中团队骨干乐凡阁特任副研究员先后参加国际北极气候研究多学科漂流观测计划（MOSAiC），随雪龙号到达北极点，参与了我国首次北极载人深潜科考以及南大洋考察。

此项发现不仅深化了对极地汞生物地球化学循环规律的科学认知，也为准确评估极地生态风险提供了新的科学依据。

研究工作得到了国家自然科学基金资助。

论文链接：https://www.nature.com/articles/s41467-025-67864-5

（地球和空间科学学院、科研部）