在西部热带北大西洋表层海水中检测到人源挥发性镉排放

变化中的海洋里的无形金属

镉通常以有毒重金属闻名，但在公海中它更像一种稀有营养素，在水体、微小的漂浮植物和大气之间默默循环。该研究探讨了为何热带北大西洋部分海域的表层海水中镉含量出人意料地低且具有异常的化学指纹，并表明人为的空气污染——而不仅仅是自然的海洋过程——已在改变看似原始的海域的化学特征。

为什么镉在海水中重要

尽管镉在海水中的含量极其微量，但它的分布与磷酸盐（一种关键的植物营养素）密切相关。在表层，浮游植物在生长时会从水中吸收镉；当它们死亡并下沉时，随有机物分解镉会在深层重新释放出来。由于镉的轻重同位素在被摄取和再循环时表现出略微不同的分馏，科学家可以利用这些同位素追踪镉在海洋中的迁移，并区分内部再循环与河流或大气尘埃等外来输入。

追踪水团与深海混合

研究人员在百慕大和巴西之间的西部热带北大西洋沿线四个站点采集了从表层到近5000米的海水样本，测量了镉浓度和同位素组成。通过详细的水团混合模型，他们表明在深层，镉的分布主要由来自北大西洋、南大西洋和南大洋水团的混合控制。在这些深度，模型能够准确再现镉的含量及其同位素组成，表明在远离表层的海域，简单的物理环流主导了镉的行为。

中层的生命与分解

在氧含量较低且下沉有机物被分解的中层，生物过程变得更为重要。团队将观测到的镉水平与仅由水团混合预计的水平进行比较，发现缺氧层中存在大量“额外”镉。这种过量在某些情况下占溶解镉的高达80%，最能解释的机制是再矿化——即衰亡生物颗粒释放出镉。然而，这些层位的同位素特征与混合预测的非常接近，意味着颗粒中和周围水体中的镉具有几乎相同的同位素构成。因此，再矿化改变了镉的绝对含量，但在这些深度仅对其同位素指纹造成细微的改变。

日光照射层的意外信号

最大的惊喜来自上层100米。在这里，镉浓度极低，这符合营养贫乏（寡营养）水体的预期——浮游植物已将可利用的金属大部分吸收。然而，残留的镉在同位素上比深层更轻，这与如果只有生物过程起作用时应出现的情况相反。仔细检查排除了测量问题，来自邻近亚马孙河羽流的河流输入也被证实微不足道。这指向了另一种外部来源：大气沉降的含镉颗粒，尤其是那些受冶炼、化石燃料燃烧和垃圾焚烧等人为活动富集的颗粒。

空气污染到达偏远海域

为检验这一想法，作者构建了一个简单的表层“箱式”模型，将来自上涌深层水和下落气溶胶的镉输入与下沉颗粒和下沉输送的损失平衡起来。当他们输入现实的风吹尘埃、镉溶解度和生物摄取值时，模型只有在表层镉中有相当一部分来自富含镉且同位素偏轻的人为影响气溶胶时，才能再现观测到的轻同位素信号。他们的计算表明，在研究期间，这些表层水中至少约五分之一、可能接近一半的溶解镉来自被风带来的人为排放。

这对人类与地球意味着什么

对非专业读者来说，关键的信息是工业污染正在在即便是最偏远的公海化学中留下可检测的指纹。在西部热带北大西洋，表层海水中的镉模式不再仅仅反映天然的上涌和生物再循环；它现在也带有烟囱和陆地燃烧的印记。尽管镉的绝对含量仍然很低，该研究表明，挥发性金属以大气形式排放后可以远程迁移并改变支持海洋生命的微量元素的微妙平衡。这些发现强调了我们大气与海洋的紧密联系，以及陆地上的人类活动如何重塑全球海洋的化学特征。

引用: Xu, H., Rehkämper, M., Huang, Y. et al. Anthropogenic emissions of volatile Cd detected in western tropical North Atlantic surface seawater. Commun Earth Environ 7, 181 (2026). https://doi.org/10.1038/s43247-026-03211-w

关键词: 海洋中的镉, 海洋气溶胶, 微量金属污染, 大西洋化学, 人为排放