二氧化碳是驱动全球变暖的主要温室气体，基于海洋生物泵和物理泵的有机碳埋藏是长期二氧化碳封存的主要自然机制。汞是一种具有远距离传输特性的全球性污染物，对人类健康和生态系统构成严重威胁。南大洋作为全球碳循环和气候变化的关键区域，通过封存二氧化碳和汞发挥重要作用。由于自然环境中的有机碳对汞具有强吸附作用，其沉积物被认为是碳和汞的主要汇。然而，气候变化对南大洋碳、汞封存的影响尚未明确。

为此，本研究选取南大洋典型边缘海——罗斯海为研究对象，通过沉积物的理化性质、地球化学参数以及放射性、稳定碳同位素、汞同位素示踪等多维度古气候代理指标进行分析，重建了罗斯海有机碳和汞埋藏的全新世古气候记录。结果表明，在罗斯海及其延伸外海中，海洋初级生产过程产生的有机碳占据主导地位，而冰川和陆地输入则为罗斯海陆架沉积物提供了额外的有机碳贡献。对于汞的来源，大气沉降是研究区域沉积物中汞的关键输入途径。冰川和陆地输入不仅塑造了罗斯海有机碳埋藏的空间格局，同时这些有机碳还捕获了大量来自大气沉降并沉积于海水和陆地生态系统中的汞，从而显著提升了沉积物对汞的埋藏能力。

进一步研究发现，全新世以来的气候变暖所导致的罗斯海冰架退缩不仅促进了该区域的初级生产，同时也将冰架中储存的大量古老碳释放至海水中。然而，这些新输入的有机碳大部分在水体中再次矿化为二氧化碳而逸散。这可能导致罗斯海转变为有机碳反应器，进而加剧气候系统的波动。然而，气候变暖却使得汞的埋藏速率提升了3-8倍，与有机碳的历史埋藏趋势显著脱钩，大幅增加了罗斯海的汞污染风险。总之，气候变暖可能会削弱罗斯海的碳封存能力，产生加剧气候变化的正反馈效应，同时可能将放大汞对罗斯海生态系统的影响。

该研究突出了国际合作在南极研究中的重要作用，汇集了来自多个领域和国家的专家，展现了多学科思路和方法在执行这项研究中的关键作用。相关研究成果以“Warming-induced retreat of West Antarctic glaciers weakened carbon sequestration ability but increased mercury enrichment”为题发表于《自然·通讯》（Nature Communications）。王学军教授、刘茂甸研究员为论文的通讯作者，城环学院博士生周诚真为论文的第一作者，已毕业博士生张倩茹和本科生李晓龙、天津大学陈玖斌教授和孙若愚教授、耶鲁大学Peter Raymond教授和研究生Nikki Zhang、康涅狄格大学Robert Mason教授、佛罗里达大学Thomas Bianchi教授和PrakhinAssavapanuvat博士等为论文重要合作者。该研究得到国家青年人才计划（海外）、基金委（42476127、41821005）、BHP碳与气候博士研究生未名学者（WM202409）等资助。

本文作者：博士生周诚真、刘茂甸研究员

相关论文信息：Zhou, C., Liu, M., Mason, R.P. et al. Warming-induced retreat of West Antarctic glaciers weakened carbon sequestration ability but increased mercury enrichment. Nat Commun 16, 1831 (2025). https://doi.org/10.1038/s41467-025-57085-1

文章链接：https://doi.org/10.1038/s41467-025-57085-1

图1.影响南大洋有机碳、汞运输和归驱的物理和生物地球化学过程