全球变暖导致冰川加速消融，形成新的陆地生态系统（如植被演替序列、冰湖等）。这些新兴生态系统对区域水文过程、生物多样性及元素循环产生深远影响。汞作为全球性持久污染物，其迁移和积累规律备受关注。汞可通过大气长距离传输沉降到冰川中并封存。随着冰川消融，汞还可能被释放至下游环境，并通过植被吸收、土壤积累等过程进入食物链，威胁高寒地区生态系统安全。当前关于大陆性冰川退缩区汞循环的观测研究仍处于空白阶段，尤其是其汞的来源、转化路径及长期积累机制的量化分析等方面。

中国天山乌鲁木齐河源1号冰川是典型的大陆性冰川，其退缩区气候寒冷干燥，植被覆盖度极低，与湿润的海洋性冰川退缩区（如海螺沟冰川）形成鲜明对比。论文研究团队通过多同位素技术的交叉融合（稳定汞同位素、氢氧同位素及放射性同位素²¹⁰Pb定年技术），系统阐述了近250年来全球变暖背景下大陆性冰川退缩区汞的生物地球化学循环过程。

图1. 天山一号冰川退缩区汞循环示意图及汞同位素组成分布

研究主要发现如下：

（1）天山一号冰川退缩区降水中的溶解态汞（DHg）呈现显著较高的Δ¹⁹⁹Hg（1.03±0.49‰），这主要是由于水汽在长距离传输过程中，强烈的紫外线辐射促使Hg²⁺在气团高空迁移时发生光致还原，导致到达研究区域的残留水汽中DHg具有显著偏正的Δ¹⁹⁹Hg。同时，旱季沙尘的输入导致降水中颗粒态汞（PHg）具有接近0的Δ¹⁹⁹Hg。冰中汞的Δ¹⁹⁹Hg/Δ²⁰¹Hg斜率（~1.36）表明冰川存在有机物介导的暗还原过程，导致冰川中约14-29%的沉积汞以Hg⁰形式再释放。

（2）天山一号冰川退缩区内植物地上部具有正的Δ¹⁹⁹Hg（0.09 ± 0.08‰）和Δ²⁰⁰Hg(0.03 ± 0.01‰)特征值。汞同位素混合模型表明，当地植物通过叶片吸收的大气Hg⁰（53±11%）与根系吸收的土壤汞（47±11%）共同构成其地上部汞库。在高寒环境胁迫下，根系吸收汞的比例相较于非高寒地区植被显著升高。

（3）天山一号冰川退缩区土壤汞累积显著随退缩时间增加而增加，从最年轻退缩位点（2019年）的0.25 mg m⁻²至最老的退缩位点（1777年）的1.05 mg m⁻²，0-15cm土壤汞储量增长3.2倍。汞同位素混合模型表明，表层土壤以大气Hg²⁺（54±13%）为主要来源，其次为Hg⁰（40±10%）和地质成因汞（6±2%），其中大气Hg²⁺贡献率从2019年退缩点的35±9%升高至1871年退缩点的77±6%。值得注意的是，土壤Δ¹⁹⁹Hg的正向偏移（较理论值高0.14‰）揭示了光还原导致的Hg⁰再排放，土壤中约17-28%的沉积汞通过该途径损失。

（4）通过整合汞的来源组成及汞输入输出通量，该研究建立了天山一号冰川退缩区汞的质量平衡。其中，降雨汞沉降通量为6.16±0.62 μg m⁻² yr⁻¹。在0-15 cm表层土壤中，大气Hg²⁺（包括降雨汞、气态氧化汞和颗粒汞）的累积速率为10.21±3.76 μg m⁻² yr⁻¹，而大气Hg⁰的累积速率为8.82±3.24 μg m⁻² yr⁻¹。土壤中大气二价汞累积速率高于降水汞沉降通量的现象，归因于额外的大气二价汞沉降（如颗粒汞、气态氧化汞和云水汞）的输入。此外，冰川融水汞输出通量为3.51±0.01 μg m⁻² yr⁻¹。天山一号冰川退缩区土壤汞累积速率显著低于海洋性冰川退缩区，反映了大陆性冰川区低植被生物量和有机质含量限制了其土壤对汞的固持。

（5）本研究基于模型预测本世纪末全球新形成的冰川退缩区每年可累积2.0-5.2 Mg汞，远超冰川融水汞释放量（~1.2 Mg yr⁻¹），因此全球冰川退缩形成的陆生生态系统正在成为重要的大气汞汇。

全球气候变化驱动下，冰川退缩正深刻影响着汞的生物地球化学循环。冰川加速消融通过改变区域水文地貌和植被演替，形成汞在新生生态系统中独特的源-汇转换机制。随着全球冰川退缩面积的持续扩大，新暴露的陆地生态系统可能成为重要的汞循环热点区域。本研究揭示了气候变暖驱动的大陆性冰川消融及植被演替整个过程所重塑的独特汞循环模式，这为理解全球变化下高寒地区污染物迁移转化规律提供了重要科学依据。

图2. 天山一号冰川退缩区各环境介质的汞浓度、同位素组成及质量平衡

上述研究成果发表在环境科学与地球科学研究领域期刊Environmental Science & Technology。该研究得到了国家自然科学基金项目（42122053）和贵州省科技计划项目（CXTD[2023]023）的资助。论文第一作者为中国科学院地球化学研究所一年级博士生刘楠涛，通讯作者为中国科学院地球化学研究所王训研究员。

论文信息：Liu N., Li X., Chen P., Yuan W., Lin C.-J., Feng X., Wang X., 2025. Mercury Transport, Transformation and Accumulation Recorded by Stable Isotopes during Retreated Glacier Chronosequence of 250 Years. Environmental Science & Technology.

论文链接：https://doi.org/10.1021/acs.est.4c13057

（冯新斌课题组/供稿）