典型海域海水中二价汞的还原速率、关键影响因素及参数化方案研究

结题报告

项目介绍

AI项目解读

基本信息

批准号：
41176066
项目类别：
面上项目
资助金额：
70.0万
负责人：
张晓山
依托单位：
中国科学院生态环境研究中心
学科分类：
D0602.海洋化学
结题年份：
2015
批准年份：
2011
项目状态：
已结题
起止时间：
2012-01-01 至2015-12-31

项目参与者：
王章玮；张逸；慈志佳；李炳文；牛振川；余龙飞；唐雄；
关键词：
海气交换中国近海还原速率海洋汞循环

项目摘要

海水中的二价汞（Hg2+）还原成气态元素汞（Hg0）并排放至大气是全球汞(Hg)循环的重要组成部分。海水中Hg的氧化还原过程极为复杂，现有的研究对该过程的认识还非常有限。包含海水Hg氧化还原过程及Hg0海气交换模块的全球Hg循环模式被认为是研究全球Hg循环的最具潜力的工具之一。但该类模式的成功应用也更加依赖对海水中Hg氧化还原循环过程的认识深度以及合理的参数化方案。本研究拟通过建立可用于现场测定海水中Hg2+还原速率常数的方法，充分利用我国海洋纬度跨度大的优势，现场测定不同纬度下，典型海水（岸边、近岸及开阔海域）中Hg2+的还原速率常数，并结合进一步的实验室模拟，深入认识影响海水Hg2+还原的关键步骤和重要影响因素。在综合本研究及其他研究成果的基础上，发展一个可用于近海不同纬度不同海水性质的Hg2+还原速率常数的参数化方案，为进一步提高全球Hg循环模拟的准确性提供科学依据。

结项摘要

海洋生态系统是全球汞循环的重要组成部分。但目前对海水中汞的氧化还原过程的认识还非常有限。这在很大程度上限制了对海洋系统在全球汞循环中作用的认识。本项目充分利用我国海岸线长、海域纬度跨越大的地域优势，通过结合现场观测与实验室模拟，系统认识近海海水中汞的氧化还原速率以及影响因素。结合模式开发的需求，发展一个更为精细的适用于海水中汞的氧化还原速率常数模块，以期为更深入认识海洋在全球汞循环中的作用提供科学依据。具体的研究要点包括：（1）测定海水中可光致还原汞的浓度，认识其影响因素；（2）测定海水中Hg(0)的氧化和Hg(II)的还原的反应速率常数，认识其影响因素；（3）提出更为精细的海水中汞的氧化还原速率常数模块。研究结果表明，海水中有相当部分的汞在有光的条件下可转化成Hg(0)（可光致还原汞的浓度范围在0.32～1.36 ng L-1之间，平均值为0.65±0.32 ng L-1）。海水中的可光致还原的汞同总汞呈正相关关系。海水中可光致还原汞在总汞的占比在5.8%至48.5%之间。过滤显著降低悬浮颗粒物含量高的海水中可光致还原汞的量。海水中Hg(II)的光致还原（kr）和Hg(0)的光致氧化（ko）的速率均同太阳辐射的强度成正比。在有效光合辐射为1 m mol m-2 s-1的条件下，海水中Hg(0)的氧化速率大于Hg(II)的还原速率（kr/ko: 0.86 ± 0.22）。海水中Hg(0)的暗氧化速率显著大于Hg(II)的暗还原速率。厌氧条件更有利于Hg(II)的还原。太阳辐射中的短波辐射对汞的光致还原和氧化反应均有显著影响。其他波段太阳光的作用则同海水的理化性质有关。在上述结果的基础上，提出了海水汞的氧化还原参数化方案设计要点。