地化所汞礦區汞同位素地球化學研究取得系列進展

　　Hg在自然界有7個穩定同位素，分別為196Hg、198Hg、199Hg、200Hg、201Hg、202Hg和204Hg，其質量數變化達4%。近年來，隨著新一代多接收器質譜儀（MC-ICP-MS）的開發應用以及新提純技術的進步，使得高精度測定Hg同位素成為可能。從本世紀初Klaue等首次利用MC-ICP-MS實現汞同位素高精度測定，到2009年在貴陽召開的第9屆全球汞污染物會議上首次開設汞同位素專題會場，過去10年，汞同位素地球化學經歷了飛躍的發展，并逐漸成為國際地球科學和環境科學一個重要的研究方向(Yin et al., 2010a)。

　　中科院地球化學研究所環境地球化學國家重點實驗室馮新斌課題組率先在國內建立了高精度測定汞同位素組成的方法(Yin et al., 2010b)。目前，該技術已成功應用到典型生態系統（如貴州湖泊、廣東東江流域、四川紅原泥炭）的汞污染源示蹤研究(Feng et al., 2010; Liu et al., 2011; Shi et al., 2011）。近期，馮新斌研究院所帶領的研究團隊針對貴州萬山汞礦區汞的同位素地球化學循環進行了詳細而系統的研究，并取得了如下研究成果：

　　1.Feng et al. (2013)通過測定貴州省不同汞污染區表層土壤的汞同位素組成，發現不同汞污染區土壤汞存在不同的汞同位素組成特征。研究揭示，汞同位素的MDF—MIF二維體系可能成為未來示蹤土壤汞來源的有效工具。尤其是汞同位素的MIF特征對于示蹤和定量表層土壤大氣汞的貢獻率，可以發揮非常有效的作用。該成果以“封面文章”的形式發表在Chinese Science Bulletin上。

　　2.國際環境科學權威刊物Environmental Science & Technology刊登了中科院地化所關于萬山汞礦水稻汞同位素地球化學的最新研究成果（Yin et al., 2013a）。本研究發現，汞在水稻體內遷移轉化過程可以發生較大汞同位素變化（δ202Hg可達~3.0‰；Δ199Hg可達~0.3‰），從而為進一步解釋汞在植物體內的遷移轉化奠定了基礎。在此基礎上，通過分別測定兩個端元（土壤汞和大氣汞）的同位素組成，我們得出了水稻植株不同部位汞的二元混合模型，并根據水稻不同部位非質量分餾的強弱，估算了其大氣汞的相對比例。

　　3.國際地球化學刊物Chemical Geology于2013年出版的Advances in Mercury Stable Isotope Geochemistry專輯，刊登了兩篇中科院地化所萬山汞礦汞同位素示蹤的最新研究成果（Yin et al., 2013b; Yin et al., 2013c）。

　　　Yin et al. (2013b)測定了貴州萬山汞礦的汞礦石和汞冶煉廢渣樣品的汞形態和汞同位素組成。研究發現，萬山地區汞礦石經高溫冶煉后，可形成多種汞的副礦物。萬山汞礦汞礦石的主要成分是辰砂(99 ± 0.5%，2σ，n=3)，少量的黑辰砂(1 ± 0.5%, 2σ, n=3)；汞礦渣的主要成分為：黑辰砂(52 ± 0.5%, 2σ, n=3)>辰砂(42 ± 0.5%, 2σ, n=3)>甘汞(6 ± 0.5%, 2σ, n=3)。汞礦冶煉過程能夠導致汞同位素分餾(δ202Hg可達~0.80‰)。本研究對示蹤汞礦區不同汞污染源的環境效應具有重要意義。

　　　Yin et al. (2013c) 利用化學連續浸提法對貴州萬山汞礦區土壤中生物可利用態的汞 [水溶態、(NH4)2S2O3提取態]進行提取，并測定了其汞同位素組成。研究發現，萬山礦區土壤汞同位素δ202Hg組成介于-0.29 ~ 0.15 ‰，平均值為-0.02 ± 0.16 ‰（n=8），且無明顯的非質量分餾（Δ199Hg ~0）。萬山礦區土壤水溶態汞δ202Hg介于0.50 ~ 0.86 ‰，平均值為0.70 ± 0.13 ‰（n=8）。萬山礦區土壤(NH4)2S2O3提取態汞δ202Hg介于0.89 ~ 1.52 ‰，平均值為1.28 ± 0.25 ‰（n=8）。該研究為汞污染土壤修復技術提供了重要依據。

　　上述研究受國家自然青年基金（40825011）——“表生環境中汞同位素地球化學研究”資助。項目培養的博士研究生3名，碩士研究生1名。有1名博士生獲得中國科學院院長特別獎、2名獲中國科學院朱李月華優秀博士生獎、1名獲中國科學院優秀畢業生；馮新斌研究員獲得“973”項目的資助。