基本信息
- 項目名稱：
- 全球變化背景下極地有害污染物命運之再探尋
- 小類：
- 能源化工
- 大類：
- 自然科學類學術論文
- 簡介：
- 全球變化下，環(huán)境污染問題愈加突出，而極地作為全球變化響應最為敏感的地區(qū)之一，因此本課題選擇OCPs、PAHs、PCBs、PBDEs和重金屬為研究對象，探究極地區(qū)域這五類典型污染物的含量、分布、來源、遷徙、轉化等環(huán)境行為，并深入探尋極地作為污染物“源”和“匯”的變化。
- 詳細介紹：
- （一）課題研究目的 隨著社會經(jīng)濟的高速發(fā)展，人類活動對環(huán)境的影響日益加深，各種環(huán)境問題日益暴露。人類所排放的有機氯農(nóng)藥（organochlorine pesticides，OCPs）、多環(huán)芳烴（polycyclic aromatic hydrocarbons，PAHs）、多氯聯(lián)苯（polychlorinated biphenyls，PCBs）、多溴聯(lián)苯醚（polybrominated diphenyl ethers，PBDEs）和重金屬（heavy metals）等持久性有害污染物（persistent toxic substance，PTS）可以隨大氣、海流及生物體逐漸擴散至全球不同區(qū)域各種介質中，嚴重威脅生態(tài)環(huán)境及人類健康。因此，近年來全球環(huán)境污染問題成為國際上持續(xù)關注的熱點問題。 近20年的觀測亦表明，全球變化日益明顯，環(huán)境污染愈加劇烈，也因此對極地區(qū)域這一對全球變化最為敏感的區(qū)域產(chǎn)生劇烈影響。例如，近幾十年來北極地區(qū)發(fā)生了被稱之“Unaami”的快速變化。因此，積極開展全球變化背景下極地污染物的“命運”（Fate）變遷，探尋不同PTS物質的含量分布、傳輸機制、來源、沉降歷史以及相關影響因素等環(huán)境行為及地球化學過程的變化，具有重要的理論和現(xiàn)實意義。 1）極地是全球變化的“放大器”和“驅動器”。一方面，極地是對全球變化響應最為顯著和敏感的地區(qū)之一，其同時又是氣候變化的重要“驅動器”。其特殊的地理位置和特有的生態(tài)環(huán)境決定了它在研究全球變化中的重要地位和作用；另一方面，極地環(huán)境特殊，受人類活動干擾較小，是追蹤污染物沉降、來源、遷移轉化等環(huán)境行為及地球化學過程的重要區(qū)域。選擇極地作為研究區(qū)域，是探尋全球變化背景下持久性有害污染物（OCPs、PAHs、PCBs、PBDEs、重金屬）命運的理想地域。 2）極地是甄別持久性有機污染物（Persistent Organic Pollutants，POPs）的重要區(qū)域。POPs在環(huán)境中難降解，存留時間長，易在生物體內(nèi)富集而產(chǎn)生生物毒性，對環(huán)境及人類健康產(chǎn)生極大危害。根據(jù)“全球蒸餾”理論，POPs普遍具有長距離大氣傳輸（Long Distance Atmospheric Transport，LDAT）并易于在極地沉降蓄積這一重要特性。同時，由于極地受人為影響極小，環(huán)境背景單一，因此，在極地探尋和發(fā)現(xiàn)新的POPs物質方面，具有獨特的優(yōu)勢。五氯苯、林丹等污染物，先后在極地被廣泛檢出后，于2009年被列入《斯德哥爾摩公約》新禁用POPs物質。 3）廣泛開展對極地持久性有害污染物命運的調(diào)查研究，對維護我國極地權益有重要意義。聯(lián)合國環(huán)境規(guī)劃署（United Nations Environment Programme，UNEP）是一個充滿辯論，同時針鋒相對的地方，沒有完善的資料及充足的數(shù)據(jù)，就很難有話語權。我國并非極地國家，受地理位置及航次等條件的限制，開展極地調(diào)查和資料積累均極其有限；同時我國又是人口、污染大國，曾多次被發(fā)達國家指認為極地污染物輸入國，在國際談判中常處于不利地位。因此，積極開展全球變化下極地持久性有害污染物命運的再探尋，可有力地提高我國在UNEP的話語權，對維護我國的利益及地位有著至關重要的意義。 4）圍繞國家可持續(xù)性發(fā)展戰(zhàn)略，有選擇性的開展極地典型PTS研究，是維護國家極地戰(zhàn)略地位的需要，也是提升我國在北極事務中國際地位的關鍵。北極快速變化還未等公眾從自然和科學方面認識，自冷戰(zhàn)結束以來的新一輪戰(zhàn)略爭奪已經(jīng)開始。作為我國極地科考的重要組成部分，開展極地環(huán)境污染研究，“這既是國家實力的展現(xiàn)，也是我國對國際極地工作的貢獻”。 （二）課題研究基本思路 課題組成員在導師指導下，查閱近十年來國內(nèi)外文獻的基礎上，并經(jīng)多次小組報告及討論后，明確了本課題的基本研究目標（如前所述）；同時，結合實驗室極地現(xiàn)場科考優(yōu)勢和多個技術平臺（海洋國重、海生、?；?、實驗中心等平臺）的技術優(yōu)勢，確立了本課題研究的基本思路：研究區(qū)域基本覆蓋我國在極地的主要科考區(qū)域（北極典型海域、北極黃河站和南極長城站），通過對多達6個航次的大量樣品分析，獲取其中典型PTS（OCPs、PAHs、PCBs、PBDEs、重金屬）的數(shù)據(jù)，同時結合相關理化參數(shù)和歷史資料，重新探尋全球變化背景下極地有害污染物的命運變化，進而探討二者之間的耦合和反饋機制。其具體思路如下： 1. 極地地區(qū)污染物的研究 1）極地環(huán)境特殊，受人類活動影響較小，且冰封期長，是地球上較為潔凈的地區(qū)之一，因此是追蹤污染物環(huán)境行為的理想地域； 2）白令海、楚科奇海與加拿大海盆作為太平洋與北冰洋進行物質和能量交換的區(qū)域，是研究污染物的遷移機制、變化趨勢等的重點區(qū)域； 3）極地是諸多污染物經(jīng)LDAT的最終歸宿，受外界擾動少。污染物在該地區(qū)的沉降相對穩(wěn)定，利于開展沉積柱中PTS垂直含量分析，較好反演污染物的大氣沉降歷史，對進行全球變化下污染物環(huán)境行為變化的研究有重要意義。 因此本課題通過測定極地有害污染物的含量，既可探究其分布、污染來源、遷移途徑等地球化學過程及環(huán)境行為，計算全球污染源通量，又可為此類研究提供有效數(shù)據(jù)，同時結合氣候變化，探尋有害污染物的時間變化趨勢和氣候響應狀況。 2. 沉積物中污染物的研究 1）沉積物作為海洋中重要的污染物貯庫，在海洋監(jiān)測中具有重要的作用，其記錄了污染物的沉降歷史，可以反演污染物的沉降通量變化、輸入遷移等一系列重要的地球化學過程。 2）目前，國際上對極地有害污染物的研究多集中于對生物暴露的影響，而對海洋環(huán)境介質中的有害污染物尤其是沉積物中PTS的環(huán)境行為和地球化學過程的研究較為缺乏。因此，這方面研究的深度和廣度亟待加強。 3）通過對沉降速率穩(wěn)定的的沉積柱樣進行分析，可獲得有害污染物在極地沉降歷史的最佳圖景，進而探究全球變化下有害污染物沉降通量的改變。 4）通過對沉積物中污染物的含量測定，結合相應的水環(huán)境數(shù)據(jù)資料，了解各污染物在水-沉積物界面的遷移通量，揭示污染物在固/液分配上的問題。 5）對比不同區(qū)域沉積物中各污染物的含量分布及同種物質不同成分的比例差異，可判斷污染物可能的來源、遷移路徑及最終歸宿。 3. 污染物的選取 2001年《斯德哥爾摩公約》決定禁止或限制使用包括OCPs、PCBs等12種POPs物質；2009年又新增禁止使用的9種POPs物質中又包括幾種OCPs和PBDEs。由此可認識到： 1）2009年新禁用的9種POPs多在上世紀70年代已開始廣泛使用，但在2001年斯德哥爾摩會議中并未被確認為POPs，即從PTS到確認為POPs，往往需要較長時間的數(shù)據(jù)積累和篩選，因此仍然需要深入開展傳統(tǒng)有害污染物的研究； 2）對很多傳統(tǒng)污染物，其危害性往往認識不足或過于夸大，因此許多有害污染物的危害仍需重新評估； 3）在極地有害污染物研究過程中，可能發(fā)現(xiàn)某些新的有害污染物，而這些污染物很可能具有POPs的特性，具有深入討論研究的價值。 因此，本項目選擇OCPs、PAHs、PCBs、PBDEs及重金屬五類有害污染物為研究對象。這些污染物不僅可在各環(huán)境介質中穩(wěn)定存在，而且可通過LDAT進入極地環(huán)境。通過對極地PTS的含量分布、來源及相關沉積物理化性質進行研究，不僅可深入了解這些污染物與全球變化的耦合關系，探求其地球化學過程和環(huán)境行為等命運變化情況，同時也可為部分污染物是否進一步確認為POPs物質提供資料支持。 本課題在進過研究區(qū)域選擇、文獻調(diào)研的基礎上展開，實驗室的設施設備及技術平臺等均可確保本項目順利實施，這使得本課題的科學性、先進性及獨特性得以充分保證。
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作品專業(yè)信息
撰寫目的和基本思路
- 近年來全球變化日益顯著，對極地區(qū)域產(chǎn)生了劇烈影響。而極地是全球變化的“放大器”和“驅動器”，是甄別持久性污染物的重要區(qū)域，廣泛開展對極地有害污染物命運的調(diào)查研究，對維護我國極地權益及國家極地戰(zhàn)略地位具有重要意義。因此積極開展全球變化背景下極地污染物的“命運”變遷，探尋不同PTS物質的含量分布、傳輸機制、來源、沉降歷史以及相關影響因素等環(huán)境行為及地球化學過程的變化，具有重要的理論和現(xiàn)實意義。
科學性、先進性及獨特之處
- 科學性：在全球變化背景下極地持久性有害污染物的研究將有望在含量、遷移、歸宿等相關命運問題上反饋全球變化這一現(xiàn)象，具有重要的科研意義。 先進性：深入大洋，空間跨度寬；廣度和深度上有力提高極地污染研究水平；方法實現(xiàn)痕量測定；探尋污染物命運；多方研究，數(shù)據(jù)全面可靠。 獨特之處：首次報道近極點88oN沉積物中PTS含量；跨度大，提供長距離傳輸機理；樣品數(shù)量多，范圍廣；進行多種沉積物沉降歷史反演。
應用價值和現(xiàn)實意義
- 伴隨人類活動的增多，污染不斷加劇，有害污染物危害在人們生活中日益顯現(xiàn)，控制污染源排放，探求污染物傳播途徑，解決污染物殘留問題愈加緊迫。本項目對全球變化下極地有害污染物命運進行再探求有重要意義。 極地是全球污染的匯聚地，探究極地污染物含量、來源、遷移等有重要意義；大跨度研究利于總結污染物的遷移機制及變化趨勢；反演污染物沉降歷史；探尋全球變化背景下，極地作為污染物“源”或“匯”的變化。
學術論文摘要
- 本項目以極地作為研究區(qū)域，選擇OCPs、PAHs、PCBs、PBDEs和重金屬五類較具代表性的典型持久性有害物質（PTS）為研究對象，主要進行全球變化下極地有害污染物命運的再探尋研究。通過分析近年歷次南北極考察所獲表層沉積物和部分沉積柱樣中上述污染物的含量，通過對它們在極地沉積物中的空間分布、來源判斷、遷移途徑和歸宿等相關命運的研究，并結合粒徑分布、灼燒損失率（LOI）、總有機碳（TOC）、炭黑（BC）等基礎參數(shù)的相關性分析，探究在氣候變化背景下極地作為污染物“源”或“匯”的變化，了解污染物的環(huán)境行為與全球變化的耦合性。
獲獎情況
- 課題組成員擬參加的部分學術會議： 中國環(huán)境科學年會（2011.08） 擬投6篇論文和2篇會議論文，其中 Jingjing Zhang, Mujia Dong, Weiwei Chen, Peng Huang, Qingquan Hong, Senyan Nie, Minggang Cai. Occurrence of polycyclic aromatic hydrocarbons in surface sediments from the Bering Sea, Chukchi Sea, Canada Basin and the Arctic Ocean. (Soon submitted to Journal of Hazardous Matrial，JCR1區(qū)) Zhen Cheng, Jing Lin, Peng Huang, Mujia Dong, Senyan Nie, Xiangming Shi, Jingjing Zhang, Minggang Cai. Sedimentation rates and heavy metals pullution in sediment core from the Ny-?lesund，Svalbard. (Soon submitted to Journal of Hazardous Matrial，JCR1區(qū)） 作品獲2010-2011年度“挑戰(zhàn)杯”學生課外學術科技作品競賽校賽特等獎。
鑒定結果
- 待定
參考文獻
- 1. AMAP Assessment 2002: Persistent Organic Pollutants in the Arctic. Arctic Monitoring and Assessment. Programme (AMAP), P.O. Box 8100 Dep, N-0032 Oslo, Norway. (www. amap. no) 2. AMAP Assessment 2009: Human Health in the Arctic. Arctic Monitoring and Assessment Programme (AMAP), P.O. Box 8100 Dep, N-0032 Oslo, Norway. (www. amap. no)
同類課題研究水平概述
- OCPs：近十年國內(nèi)外對于OCPs的研究集中在沉積物和生物方面，研究區(qū)域集中于沿岸海域，大洋和極地環(huán)境中大尺度OCPs的環(huán)境行為研究仍有待加強。但是國際上科研領先國家及極地國家對極地OCPs的研究已經(jīng)逐步深入而科學。而我國對極地OCPs的研究起步較晚，研究區(qū)域不夠廣，尤其是對南極沉積物的研究較少，缺少大范和大尺度的研究。并且有關極地沉積物中OCPs的來源、遷徙、轉化等環(huán)境行為特征的研究較少，亦不深入。 PAHs：由于PAHs的一些特性，PAHs在生物暴露方面、微生物降解方面的研究以及沿岸海域沉積物含量等研究一直是國際上關注的重點。隨著全球污染問題愈來愈受人類重視，科技發(fā)達國家對極地PAHs的研究逐步增多，研究方向不斷擴大，內(nèi)容不斷深化。極地地區(qū)PAHs的研究不再局限于大氣介質中的PAHs以及其生物暴露方面的問題，對于沉積物中PAHs的研究亦逐漸增加。通過測定分析沉積物中PAHs的含量，沉積物中TOC、BC含量，海水與沉積物界面的沉降通量，沉積柱樣分析等方面的研究，進一步研究其分布、來源、遷移機制、沉積物—水體中的分配、沉降歷史等環(huán)境行為特征。全球變化背景，深入開展大尺度開闊大洋及沉積柱樣中PAHs研究，有利于進一步探究PAHs在極地環(huán)境中的分配模式、長距離傳輸機制、沉降歷史等，這將對判斷PAHs是否歸類為POPs物質提供重要的佐證。 PCBs：國內(nèi)外學者對PCBs的研究主要集中于歷史積累趨勢和環(huán)境分布狀況，如生物含量、長距離傳輸、不同介質分配、水體、土壤及植被介質中的PCBs已展開充分研究，而且一延伸到陸地、海洋中的各類生物；研究區(qū)域主要集中在近岸及人類生活區(qū)，對開闊海區(qū)，尤其是高緯深入大洋開闊海域研究較少；關于極地海域沉積物的研究仍以含量調(diào)查為主，且大部分集中在沿岸陸架和近海海域。 PBDEs：作為近年引起人們注意的有機污染物之一，學者對PBDEs的研究介質包括大氣、水體、沉積物、土壤、生物等，研究內(nèi)容多集中在生物富集、代謝及不同地區(qū)人類血液、母乳含量的變化，研究區(qū)域以歐洲、北美及亞洲日本地區(qū)為主，而我國對這方面的環(huán)境研究較少。重金屬：主要研究環(huán)境樣品中重金屬含量、分布特征。也有對重金屬化學形態(tài)的分析及對海洋生態(tài)危害的評價，多利用重金屬污染物總量評價其生態(tài)危害程度，定性描述污染物遷移轉化規(guī)律，針對其過程與積累演化機制定量研究的較少。
