汞是毒性最强的重金属污染物之一，倍受国际社会广泛关注。联合国环境规划署（UNEP）于2013年通过了旨在全球范围内控制汞排放的公约文本—《水俣公约》。长期以来环境学家们对气圈、水圈、生物圈和土壤圈等地球表生储库中汞的来源、形态转化和健康效应开展了深入研究，然而相对表生系统汞的地球化学循环而言，国际上对深部汞循环的研究程度和取得的认识还远远不够。

汞是少数具有显著质量分馏（简称Hg-MDF, 常用δ²⁰²Hg表示）和非质量分馏（简称Hg-MIF, 常用Δ¹⁹⁹Hg表示）的金属元素。Hg-MDF与一系列的物理、化学和生物过程有关，而Hg-MIF主要与二价汞（Hg^II）的光致还原过程有关。地球表层发生的Hg^II光致还原过程导致海洋储库（如海水、大洋沉积物）存在普遍的正Δ¹⁹⁹Hg，陆地储库（如植物、土壤）存在负Δ¹⁹⁹Hg。相比而言，原始地幔的Δ¹⁹⁹Hg常接近于0。地球不同储库之间的Hg-MIF信号差异使利用汞同位素揭示汞的深部循环成为可能。关于深部储库如低温热液金矿床、煌斑岩的汞同位素地球化学研究显示出与海洋储库相似的正Δ¹⁹⁹Hg数据，揭示海洋储库（如海水、大洋沉积物）中的汞可随着洋壳俯冲作用进入深部储库（如地壳和地幔），并伴随岩浆/火山作用重新返回地表。

为准确厘定地球深部储库的汞同位素组成，中国科学院地球化学研究所尹润生研究团队与国内外研究者合作，对全球不同玄武岩样品（MORB、IAB、OIB、CFB，图1）汞同位素组成开展了研究，发现：（1）不同类型玄武岩的汞同位素组成变化较大（δ²⁰²Hg：-2.13 to 0.13‰；Δ¹⁹⁹Hg：-0.08 to 0.34‰，图2），暗示地幔汞存在显著的同位素不均一性；（2）MORB和IAB样品存在较为显著的正Hg-MIF信号（Δ¹⁹⁹Hg>0‰），揭示海洋储库的汞可经洋壳俯冲作用再循环至上地幔（图3）；（3）少量OIB和CFB样品也存在微弱的Hg-MIF信号，揭示俯冲的汞可进入下地幔，但是大多数OIB和CFB样品Δ¹⁹⁹Hg接近0‰，揭示下地幔再循环的汞较少（图3）。上述发现为汞的深部地球化学循环提供了新认识，也揭示了汞同位素可作为示踪深部物质循环的潜在手段。

图1 研究区域及样品位置

图2 样品汞同位素组成

图3 深部汞循环模型

上述成果以“Mantle Hg isotopic heterogeneity and evidence of oceanic Hg recycling into the mantle”为题发表在《Nature Communications》上。

原文信息：

Yin, R.*, Chen, D., Pan, X., Deng, C., Chen L.*, Song, X., Yu, S., Zhu, C., Wei, X., Feng, X., Blum J.D., Lehmann, B. (2022), Mantle Hg isotopic heterogeneity and evidence of oceanic Hg recycling into the mantle. Nature Communications. 13:948.

（尹润生 供稿）