Ein Forschungsteam unter der Leitung von Prof. Xie Zhouqing und Prof. Le Fange von der University of Science and Technology of China (USTC) der Chinesischen Akademie der Wissenschaften (CAS) hat herausgefunden, dass die Randeiszone (MIZ) eine dominierende Quelle atmosphärischer Luft ist gasförmiges elementares Quecksilber (GEM) und schlugen einen Mechanismus für den sommerlichen Höhepunkt von GEM in der Arktis vor. Ihre Arbeit wurde veröffentlicht in Naturkommunikation.
GEM ist ein hochgiftiger Schadstoff, der durch die atmosphärische Zirkulation über weite Strecken transportiert werden kann. Quecksilber gelangt nach der Methylierung durch Mikroorganismen in die aquatische Nahrungskette, was eine Gefahr für die Umwelt darstellt.
Die Arktis spielt eine wichtige Rolle im Quecksilberkreislaufprozess und ist außerdem ein sensibles Gebiet für die Quecksilberbelastung. Frühere Studien haben ergeben, dass atmosphärisches GEM in der Arktis eine einzigartige saisonale Variation mit einem Defizit im Frühling und einem Höhepunkt im Sommer aufweist und dass seine durchschnittliche Sommerkonzentration das Hintergrundniveau der nördlichen Hemisphäre übersteigt. Die Quelle und der Antriebsmechanismus des GEM-Maximums im Sommer sind jedoch immer noch umstritten.
Während des Multidisciplinary drifting Observatory for the Study of Arctic Climate (MOSAiC) führte das Forschungsteam eine einjährige Beobachtung von GEM im Arktischen Ozean mit einem Kaltdampf-Atomfluoreszenz-Hg-Analysator Tekran 2537 durch und erstellte ein generalisiertes additives Modell (GAM). um die Sommerdaten zu analysieren.
Die Ergebnisse zeigten, dass mehr als 63 % der GEM-Variationen durch das GAM erklärt werden können. Anthropogene und landbasierte Emissionen tragen nicht mehr als 2 % zu den Schwankungen bei, während die ozeanische Evakuierung mehr als 52 % ausmacht, was den dominierenden Faktor für die sommerlichen GEM-Schwankungen im Arktischen Ozean darstellt.
Die PSCF-Analyse (Potential Source Contribution Function) ergab, dass die ozeanische Evakuierung im Sommer hauptsächlich in der MIZ stattfindet. Der Hg-Ausweichfluss in der MIZ wurde auf 56 ng m-2 Tag-1 geschätzt, was mehr als dem Doppelten des Flusses im arktischen offenen Ozean entspricht.
Durch eine multidisziplinäre Analyse der Beobachtungsdaten schlug das Team den treibenden Mechanismus der Hg-Umgehung im MIZ vor.
Die atmosphärischen Hg-Depletion-Ereignisse (AMDEs) im Frühjahr führten dazu, dass eine große Menge atmosphärischer GEM oxidiert und auf der Meereisoberfläche abgelagert wurde. Dieses abgelagerte Hg wurde dann im Sommer mit der Schnee- und Meereisschmelze in die MIZ übertragen, wodurch sich die Belastung mit zweiwertigem Hg in der MIZ erheblich erhöhte.
Eine große Anzahl organischer Verbindungen, die im Sommer produziert wurden, erleichterten erheblich die Photoreduktion von zweiwertigem Hg zu elementarem Hg, das leicht zwischen Meer und Luft ausgetauscht werden konnte. Das Schmelzen des Meereises in der MIZ und das Verschwinden der Schmelzwasserschicht fördern die Freisetzung von elementarem Hg im Meerwasser über die Luft-Meer-Grenzfläche in die Atmosphäre, was die MIZ zu einer wichtigen Quelle des atmosphärischen GEM-Peaks in der Arktis im Sommer macht.
Diese Studie enthüllte die Auswirkungen von Meereisveränderungen in der Arktis auf Hg-Kreislaufprozesse und lieferte eine wissenschaftliche Grundlage für die Risikobewertung der Hg-Exposition gegenüber polaren Organismen und Populationen.
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Fange Yue et al., Die Randeiszone als dominante Quellregion für atmosphärisches Quecksilber während der Sommerzeit in der zentralen Arktis, Naturkommunikation (2023). DOI: 10.1038/s41467-023-40660-9