汞（Hg）是一种持久性污染物，因其对人类和其他生物的毒性作用而受到广泛关注。无论是自然过程（如火山喷发、地热活动、岩石风化、植被、陆地和水体的再排放）还是人类活动（如金和汞的开采、生物质和煤炭燃烧等），都可以将汞释放到大气中，然后通过大气干湿沉降和植物吸收将其输送到陆地和水体中。深入认识不同时间尺度汞（Hg）的传输和沉积过程及其与气候环境的关系，对于更好的理解人类世下全球Hg循环非常重要。
以往对地质历史时期的Hg研究主要基于海洋和湖沼沉积物、冰心等载体开展。石笋具有测年准确、分辨率高、沉积连续、沉积后次生变化小等优点，是重建过去环境变化的理想档案。中国科学院地球环境研究所极端气候事件及影响（EXCEIS）团队谭亮成研究员等利用中国中部一根时间跨度为25.5-10.9 ka的石笋探索性的进行了Hg的研究。研究结果显示，石笋Hg含量在末次冰盛期时显著增加，和黄土高原粉尘堆积速率的高峰期一致。在Heinrich 事件1和2以及Younger Dryas事件时，石笋的Hg含量较低，而在Bølling-Allerød以及早全新世时较高（图1）。
图1. (a)中国中部祥龙洞石笋XL15的δ18O、(b) δ13C和(c)汞浓度变化及其与(d)热带南大西洋西部沉积物和(e)南极冰芯中汞浓度的比较。(f)-(h)为18 ~10.9 ka BP期间石笋δ13C和Hg记录与中国中部大九湖泥炭地Hg浓度的详细对比。
研究提出，冰期-间冰期尺度上，区域粉尘输入可以显著增加大气Hg的干沉降，是我国中部Hg沉降的主要控制因素。在千年到百年尺度上，气候变化则有重要影响。暖湿气候有利于土壤和岩石风化，向环境中释放更多的Hg。同时，有利于植被发育和土壤微生物活动，产生更多的土壤CO2和有机质，增加渗流水的溶解能力。此外，森林覆盖度的增加也有利于叶片吸收更多的大气元素Hg，通过凋落物而进入土壤，最终记录在石笋中（图2）。该研究揭示，在评估未来全球Hg循环中，全球变暖下的沙尘暴活动、降雨和植被的变化等都需要加以考虑。
图2 冰期-间冰期(a和b)和千年至百年尺度(c和d)上石笋中汞沉积机制概念模型
这一工作首次尝试在洞穴石笋中开展Hg的研究，揭示了这一研究方向的潜力。研究成果最近以Article形式在线发表于《Science Bulletin》。地球环境研究所助理研究员李彦祯为第一作者，通讯作者为谭亮成研究员，合作单位还包括中国地质大学（武汉）、天津大学、西安交通大学、美国加州州立大学、明尼苏达大学等。研究得到了国家自然科学基金(42325705, 42230208)和中国科学院西部交叉团队(xbzg-zdsys-202217)项目的资助。