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基本信息

项目名称:
全球变化背景下极地有害污染物命运之再探寻
小类:
能源化工
简介:
全球变化下,环境污染问题愈加突出,而极地作为全球变化响应最为敏感的地区之一,因此本课题选择OCPs、PAHs、PCBs、PBDEs和重金属为研究对象,探究极地区域这五类典型污染物的含量、分布、来源、迁徙、转化等环境行为,并深入探寻极地作为污染物“源”和“汇”的变化。
详细介绍:
(一)课题研究目的 随着社会经济的高速发展,人类活动对环境的影响日益加深,各种环境问题日益暴露。人类所排放的有机氯农药(organochlorine pesticides,OCPs)、多环芳烃(polycyclic aromatic hydrocarbons,PAHs)、多氯联苯(polychlorinated biphenyls,PCBs)、多溴联苯醚(polybrominated diphenyl ethers,PBDEs)和重金属(heavy metals)等持久性有害污染物(persistent toxic substance,PTS)可以随大气、海流及生物体逐渐扩散至全球不同区域各种介质中,严重威胁生态环境及人类健康。因此,近年来全球环境污染问题成为国际上持续关注的热点问题。 近20年的观测亦表明,全球变化日益明显,环境污染愈加剧烈,也因此对极地区域这一对全球变化最为敏感的区域产生剧烈影响。例如,近几十年来北极地区发生了被称之“Unaami”的快速变化。因此,积极开展全球变化背景下极地污染物的“命运”(Fate)变迁,探寻不同PTS物质的含量分布、传输机制、来源、沉降历史以及相关影响因素等环境行为及地球化学过程的变化,具有重要的理论和现实意义。 1)极地是全球变化的“放大器”和“驱动器”。一方面,极地是对全球变化响应最为显著和敏感的地区之一,其同时又是气候变化的重要“驱动器”。其特殊的地理位置和特有的生态环境决定了它在研究全球变化中的重要地位和作用;另一方面,极地环境特殊,受人类活动干扰较小,是追踪污染物沉降、来源、迁移转化等环境行为及地球化学过程的重要区域。选择极地作为研究区域,是探寻全球变化背景下持久性有害污染物(OCPs、PAHs、PCBs、PBDEs、重金属)命运的理想地域。 2)极地是甄别持久性有机污染物(Persistent Organic Pollutants,POPs)的重要区域。POPs在环境中难降解,存留时间长,易在生物体内富集而产生生物毒性,对环境及人类健康产生极大危害。根据“全球蒸馏”理论,POPs普遍具有长距离大气传输(Long Distance Atmospheric Transport,LDAT)并易于在极地沉降蓄积这一重要特性。同时,由于极地受人为影响极小,环境背景单一,因此,在极地探寻和发现新的POPs物质方面,具有独特的优势。五氯苯、林丹等污染物,先后在极地被广泛检出后,于2009年被列入《斯德哥尔摩公约》新禁用POPs物质。 3)广泛开展对极地持久性有害污染物命运的调查研究,对维护我国极地权益有重要意义。联合国环境规划署(United Nations Environment Programme,UNEP)是一个充满辩论,同时针锋相对的地方,没有完善的资料及充足的数据,就很难有话语权。我国并非极地国家,受地理位置及航次等条件的限制,开展极地调查和资料积累均极其有限;同时我国又是人口、污染大国,曾多次被发达国家指认为极地污染物输入国,在国际谈判中常处于不利地位。因此,积极开展全球变化下极地持久性有害污染物命运的再探寻,可有力地提高我国在UNEP的话语权,对维护我国的利益及地位有着至关重要的意义。 4)围绕国家可持续性发展战略,有选择性的开展极地典型PTS研究,是维护国家极地战略地位的需要,也是提升我国在北极事务中国际地位的关键。北极快速变化还未等公众从自然和科学方面认识,自冷战结束以来的新一轮战略争夺已经开始。作为我国极地科考的重要组成部分,开展极地环境污染研究,“这既是国家实力的展现,也是我国对国际极地工作的贡献”。 (二)课题研究基本思路 课题组成员在导师指导下,查阅近十年来国内外文献的基础上,并经多次小组报告及讨论后,明确了本课题的基本研究目标(如前所述);同时,结合实验室极地现场科考优势和多个技术平台(海洋国重、海生、海化、实验中心等平台)的技术优势,确立了本课题研究的基本思路:研究区域基本覆盖我国在极地的主要科考区域(北极典型海域、北极黄河站和南极长城站),通过对多达6个航次的大量样品分析,获取其中典型PTS(OCPs、PAHs、PCBs、PBDEs、重金属)的数据,同时结合相关理化参数和历史资料,重新探寻全球变化背景下极地有害污染物的命运变化,进而探讨二者之间的耦合和反馈机制。其具体思路如下: 1. 极地地区污染物的研究 1)极地环境特殊,受人类活动影响较小,且冰封期长,是地球上较为洁净的地区之一,因此是追踪污染物环境行为的理想地域; 2)白令海、楚科奇海与加拿大海盆作为太平洋与北冰洋进行物质和能量交换的区域,是研究污染物的迁移机制、变化趋势等的重点区域; 3)极地是诸多污染物经LDAT的最终归宿,受外界扰动少。污染物在该地区的沉降相对稳定,利于开展沉积柱中PTS垂直含量分析,较好反演污染物的大气沉降历史,对进行全球变化下污染物环境行为变化的研究有重要意义。 因此本课题通过测定极地有害污染物的含量,既可探究其分布、污染来源、迁移途径等地球化学过程及环境行为,计算全球污染源通量,又可为此类研究提供有效数据,同时结合气候变化,探寻有害污染物的时间变化趋势和气候响应状况。 2. 沉积物中污染物的研究 1)沉积物作为海洋中重要的污染物贮库,在海洋监测中具有重要的作用,其记录了污染物的沉降历史,可以反演污染物的沉降通量变化、输入迁移等一系列重要的地球化学过程。 2)目前,国际上对极地有害污染物的研究多集中于对生物暴露的影响,而对海洋环境介质中的有害污染物尤其是沉积物中PTS的环境行为和地球化学过程的研究较为缺乏。因此,这方面研究的深度和广度亟待加强。 3)通过对沉降速率稳定的的沉积柱样进行分析,可获得有害污染物在极地沉降历史的最佳图景,进而探究全球变化下有害污染物沉降通量的改变。 4)通过对沉积物中污染物的含量测定,结合相应的水环境数据资料,了解各污染物在水-沉积物界面的迁移通量,揭示污染物在固/液分配上的问题。 5)对比不同区域沉积物中各污染物的含量分布及同种物质不同成分的比例差异,可判断污染物可能的来源、迁移路径及最终归宿。 3. 污染物的选取 2001年《斯德哥尔摩公约》决定禁止或限制使用包括OCPs、PCBs等12种POPs物质;2009年又新增禁止使用的9种POPs物质中又包括几种OCPs和PBDEs。由此可认识到: 1)2009年新禁用的9种POPs多在上世纪70年代已开始广泛使用,但在2001年斯德哥尔摩会议中并未被确认为POPs,即从PTS到确认为POPs,往往需要较长时间的数据积累和筛选,因此仍然需要深入开展传统有害污染物的研究; 2)对很多传统污染物,其危害性往往认识不足或过于夸大,因此许多有害污染物的危害仍需重新评估; 3)在极地有害污染物研究过程中,可能发现某些新的有害污染物,而这些污染物很可能具有POPs的特性,具有深入讨论研究的价值。 因此,本项目选择OCPs、PAHs、PCBs、PBDEs及重金属五类有害污染物为研究对象。这些污染物不仅可在各环境介质中稳定存在,而且可通过LDAT进入极地环境。通过对极地PTS的含量分布、来源及相关沉积物理化性质进行研究,不仅可深入了解这些污染物与全球变化的耦合关系,探求其地球化学过程和环境行为等命运变化情况,同时也可为部分污染物是否进一步确认为POPs物质提供资料支持。 本课题在进过研究区域选择、文献调研的基础上展开,实验室的设施设备及技术平台等均可确保本项目顺利实施,这使得本课题的科学性、先进性及独特性得以充分保证。

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作品专业信息

撰写目的和基本思路

近年来全球变化日益显著,对极地区域产生了剧烈影响。而极地是全球变化的“放大器”和“驱动器”,是甄别持久性污染物的重要区域,广泛开展对极地有害污染物命运的调查研究,对维护我国极地权益及国家极地战略地位具有重要意义。因此积极开展全球变化背景下极地污染物的“命运”变迁,探寻不同PTS物质的含量分布、传输机制、来源、沉降历史以及相关影响因素等环境行为及地球化学过程的变化,具有重要的理论和现实意义。

科学性、先进性及独特之处

科学性:在全球变化背景下极地持久性有害污染物的研究将有望在含量、迁移、归宿等相关命运问题上反馈全球变化这一现象,具有重要的科研意义。 先进性:深入大洋,空间跨度宽;广度和深度上有力提高极地污染研究水平;方法实现痕量测定;探寻污染物命运;多方研究,数据全面可靠。 独特之处:首次报道近极点88ºN沉积物中PTS含量;跨度大,提供长距离传输机理;样品数量多,范围广;进行多种沉积物沉降历史反演。

应用价值和现实意义

伴随人类活动的增多,污染不断加剧,有害污染物危害在人们生活中日益显现,控制污染源排放,探求污染物传播途径,解决污染物残留问题愈加紧迫。本项目对全球变化下极地有害污染物命运进行再探求有重要意义。 极地是全球污染的汇聚地,探究极地污染物含量、来源、迁移等有重要意义;大跨度研究利于总结污染物的迁移机制及变化趋势;反演污染物沉降历史;探寻全球变化背景下,极地作为污染物“源”或“汇”的变化。

学术论文摘要

本项目以极地作为研究区域,选择OCPs、PAHs、PCBs、PBDEs和重金属五类较具代表性的典型持久性有害物质(PTS)为研究对象,主要进行全球变化下极地有害污染物命运的再探寻研究。通过分析近年历次南北极考察所获表层沉积物和部分沉积柱样中上述污染物的含量,通过对它们在极地沉积物中的空间分布、来源判断、迁移途径和归宿等相关命运的研究,并结合粒径分布、灼烧损失率(LOI)、总有机碳(TOC)、炭黑(BC)等基础参数的相关性分析,探究在气候变化背景下极地作为污染物“源”或“汇”的变化,了解污染物的环境行为与全球变化的耦合性。

获奖情况

课题组成员拟参加的部分学术会议: 中国环境科学年会(2011.08) 拟投6篇论文和2篇会议论文,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区) 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-Ålesund,Svalbard. (Soon submitted to Journal of Hazardous Matrial,JCR1区) 作品获2010-2011年度“挑战杯”学生课外学术科技作品竞赛校赛特等奖。

鉴定结果

待定

参考文献

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)

同类课题研究水平概述

OCPs:近十年国内外对于OCPs的研究集中在沉积物和生物方面,研究区域集中于沿岸海域,大洋和极地环境中大尺度OCPs的环境行为研究仍有待加强。但是国际上科研领先国家及极地国家对极地OCPs的研究已经逐步深入而科学。而我国对极地OCPs的研究起步较晚,研究区域不够广,尤其是对南极沉积物的研究较少,缺少大范和大尺度的研究。并且有关极地沉积物中OCPs的来源、迁徙、转化等环境行为特征的研究较少,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积物含量等研究一直是国际上关注的重点。随着全球污染问题愈来愈受人类重视,科技发达国家对极地PAHs的研究逐步增多,研究方向不断扩大,内容不断深化。极地地区PAHs的研究不再局限于大气介质中的PAHs以及其生物暴露方面的问题,对于沉积物中PAHs的研究亦逐渐增加。通过测定分析沉积物中PAHs的含量,沉积物中TOC、BC含量,海水与沉积物界面的沉降通量,沉积柱样分析等方面的研究,进一步研究其分布、来源、迁移机制、沉积物—水体中的分配、沉降历史等环境行为特征。全球变化背景,深入开展大尺度开阔大洋及沉积柱样中PAHs研究,有利于进一步探究PAHs在极地环境中的分配模式、长距离传输机制、沉降历史等,这将对判断PAHs是否归类为POPs物质提供重要的佐证。 PCBs:国内外学者对PCBs的研究主要集中于历史积累趋势和环境分布状况,如生物含量、长距离传输、不同介质分配、水体、土壤及植被介质中的PCBs已展开充分研究,而且一延伸到陆地、海洋中的各类生物;研究区域主要集中在近岸及人类生活区,对开阔海区,尤其是高纬深入大洋开阔海域研究较少;关于极地海域沉积物的研究仍以含量调查为主,且大部分集中在沿岸陆架和近海海域。 PBDEs:作为近年引起人们注意的有机污染物之一,学者对PBDEs的研究介质包括大气、水体、沉积物、土壤、生物等,研究内容多集中在生物富集、代谢及不同地区人类血液、母乳含量的变化,研究区域以欧洲、北美及亚洲日本地区为主,而我国对这方面的环境研究较少。重金属:主要研究环境样品中重金属含量、分布特征。也有对重金属化学形态的分析及对海洋生态危害的评价,多利用重金属污染物总量评价其生态危害程度,定性描述污染物迁移转化规律,针对其过程与积累演化机制定量研究的较少。
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