大氣是汞的重要傳輸途徑，大氣汞的物理-化學轉化過程在汞的生物地球化學迴圈中扮演著重要角色。不同形態的汞在大氣中的遷移範圍不同，其生態環境效應也存在顯著差異。研究證實，大氣中廣泛存二價汞的還原過程及單質汞的氧化過程。由於分析儀器和實驗手段不足，早期國內外針對大氣中汞的化學轉化過程的研究侷限在大氣中各形態汞濃度測定的基礎之上，阻礙了對汞在大氣中的化學轉化過程的深入理解。隨著新一代多接受電感耦合離子質譜（MC-ICP-MS）和新提純技術的開發應用，汞同位素研究已成為地球科學和環境科學領域的研究方向。汞在遷移轉化過程中會產生獨特的同位素分餾，汞同位素分餾體系為深入研究汞的反應過程和機理以及形態轉化途徑提供了線索。因此，深入研究大氣汞在氧化-還原過程中的同位素分餾特徵，對認識局地及全球尺度上大氣汞的迴圈過程具有理論和現實意義。
近期，中國科學院地球化學研究所馮新斌研究團隊基於前期建立的二價汞液相還原反應裝置及汞同位素分析方法體系，選擇大氣中具有較高濃度和活性的典型含氧有機物草酸、苯醌、對二苯酚以及蒽醌-2,6-二磺酸鹽(AQDS）為研究物件，系統開展二價汞還原反應動力學機制及其同位素分餾研究，並探究光照、pH值以及溶解氧對還原反應的影響。研究發現，在還原物過量的情況下，二價汞的紫外光解反應遵循偽一級動力學，且在蒽醌-2,6-二磺酸鹽參與下的反應速率高達10-3s-1。在草酸參與下的還原反應研究中，只有完全脫質子形式（C2O42-）才有利於紫外光下二價汞的液相還原，推測該過程透過兩條獨立的途徑分解，並可透過汞的非質量分餾異常區分。蒽醌-2,6-二磺酸鹽參與下的汞還原過程會產生較大的奇數汞同位素非質量分餾，這一反應具有與腐殖質和HgII的光還原非常相似的動力學和同位素分餾特性。研究證實醌類物質控制著富含有機質的液相介質中二價汞的還原過程，並有助於解釋大氣顆粒物中觀察到的偏正的奇數汞同位素非質量分餾現象。
該研究提升對汞在大氣中的遷移轉化過程的認識深度，為大氣汞同位素模型及大氣汞傳輸模型的建立提供基礎資料。相關成果發表在Environmental Science & Technology上。研究得到國家自然科學基金等資助。
大氣中典型含氧有機物參與的二價汞的還原過程及其同位素分餾示意圖
來源：中國科學院地球化學研究所
