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李一凡教授团队:β-HCH在北冰洋的历史归趋模型研究
发布人:吴洁  发布时间:2022-12-16   浏览次数:10

  近日,城市水资源与水环境国家重点实验室成员李一凡教授团队关于β-HCH在北冰洋的历史归趋模型研究取得重要进展,研究成果以《Modeling historical budget for β-Hexachlorocyclohexane (HCH) in the Arctic Ocean: A contrast to α-HCH为题发表在ESE期刊上。论文第一作者是博士生杨朴非,通讯作者为李一凡教授,第一通讯单位为城市水资源与水环境国家重点实验室。


  β-HCH是六氯环己烷(HCH,俗称六六六)的一种同分异构体,占工业六六六(曾经广泛使用的一种农药)的5%~12%本研究开发了一个质量平衡箱式模型,研究了1945—2020年北冰洋的历史年度输入、年度输出和累积负荷。

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图1  北极质量平衡箱式模型 2.0(AMBBM 2.0),使用Mackay的Ⅳ逸度方法构建,可以评估POPs从排放源区通过大气、洋流和河流长距离传输进入北冰洋的过程。也可以评估北极中大气、土壤(冻土)、积雪、海水、海冰这些主要介质间的沉降、挥发等传质过程。

  在1945—2020年间,北冰洋的输入主要依靠洋流和河流流入(83%) ,只有一小部分来自大气传输(16%)β-HCH1940年代后期开始在北冰洋累积,1986年达到峰值810 t2020年降至87 t,此时β-HCH在北极水域和空气中的浓度分别为∼30 ng m−3∼0.02 pg m−3。 

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图2  图a为随时间变化的β-HCH在北极各项介质分布情况,可以看出,海水储存了绝大多数的β-HCH,而大气、土壤和海冰中β-HCH只有在排放初期才有一定比重,而随着时间的推移,这些介质中的β-HCH逐渐汇聚到了海水中。图b表示β-HCH在北冰洋中的年度输入输出和在北冰洋中的动态负荷。β-HCH在北冰洋中的负荷在1986年达到了峰值,以此为分界线将β-HCH在北冰洋的历史分为了累积阶段(AP)和消解阶段(DP)。

  尽管β-HCHα-HCH都是HCH的异构体,具有几乎完全相同的时间和空间排放模式,但这两种化学品传输进入北冰洋的途径截然不同:α-HCH以长距离大气迁移(LRAT)为主要运输途径,β-HCH则主要通过长距离海洋迁移(LROT)到达北极。这其中的主要原因是β-HCH的亨利定律常数比α-HCH低得多,因此海水能溶解更多的β-HCH但就传输效率而言,通过洋流传输的β-HCH会低于通过大气传输的α-HCH。 

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图3  该图显示了β-HCH进入和离开北冰洋各途径占总量的百分比,左侧是去除(-),右侧是进入(+),自上而下依次是土壤下渗、颗粒沉降、气相湿沉降、气—海水交换、沉入深层海水、海水降解、洋流。可以看出,洋流是β-HCH进入北冰洋的最重要的途径,而在去除一侧,海水下沉和降解同洋流的携带作用同样重要。

  本研究还预测了2050年北冰洋中的β-HCH,届时在气候变化的影响下β-HCH在北冰洋中将只剩下4.4~5.3 t