应对气候变暖和环境污染是当今人类面临的重大挑战。气候变暖导致冰川融化，释放冰川中储存的污染物。其中，全氟化合物，因其极强的化学稳定性被称为“永久化学品”，是继氮磷之后首类突破地球行星安全边界的人造污染物，对冰冻圈的生态系统安全造成严重威胁。
冰川径流是污染物自冰川末端传输到下游湖泊的主要途径。污染物在冰川径流中会经历吸附、沉积和再悬浮等过程，以往研究多集中在冰川径流如何携带污染物，忽视了其在截留污染物方面的作用，对其截留污染物的能力缺乏量化评估。
为补齐这一短板，中国科学院青藏高原研究所高寒环境质量与安全团队王小萍研究员等选取青藏高原上相邻的一大一小两个冰川补给湖（普莫雍措和枪勇措）为研究区域（图1），通过采集两个湖泊的湖芯并结合同位素定年技术，对比全氟化合物的沉积历史和通量；利用主要成分分析和多元线性回归分析，定量研究了主要影响因素对沉积通量的贡献；通过改进的Quantitative Water Air Sediment Interaction(QWASI)污染物传输模型，量化了全氟化合物在冰川径流模块“气-水-土”间的传输通量，定量评估了河流沉积物对全氟化合物的截留能力。
研究发现，两个湖泊沉积物芯中全氟化合物的浓度普遍呈上升趋势。枪勇措（小湖）中全氟化合物的沉积主要受冰川融水影响，而普莫雍措（大湖）中的沉积主要受降水影响（图2）。经估算，冰川径流中沉积物每年截留的全氟化合物约占径流输送总量的13%，相当于湖泊年均沉积通量的1/3（图3），说明部分污染物被河流沉积物有效截留，未全部流入湖泊。这一发现改变了以往认为冰川径流仅是污染物传输通道的普遍观点。
未来，随着气候变暖加剧，冰川径流将更加充沛，河流沉积物将截留更多的污染物，发挥更重要的作用。但是，突发的地质灾害（如冰崩、冰湖溃决、堰塞坝垮塌等）可能引发径流量的瞬时激增，导致河流沉积物截留的污染物被大量冲入湖泊，其带来的生态风险需要高度警惕。
近日，上述研究成果以“Proglacial river sediments are a substantial sink of perfluoroalkyl substances released by glacial meltwater”为题，发表在国际期刊《Communications Earth & Environment》上。我所特别研究助理（博士后）周云桥为第一作者，王小萍研究员和中国科学院生态环境研究中心傅建捷研究员为共同通讯作者。该研究获得国家自然科学基金（41925032，42107438）、第二次青藏高原综合科学考察研究（2019QZKK0605）和中国博士后科学基金（2020M680696，2023T160659）等项目资助。
论文链接：https://www.nature.com/articles/s43247-024-01223-y
图1 本研究中湖泊沉积物芯的采样位置
a）枪勇措（小湖）和普莫雍措（大湖）在青藏高原的地理位置；b）枪勇措湖芯采样；c）普莫雍措湖芯采样。红色五角星标记了采样点的具体位置。
图2 基于主成分和多元线性回归分析的三个主要影响因素（PCs）对湖泊中
全氟化合物沉积通量的贡献
a）枪勇措；b）普莫雍措。图中横坐标为每层沉积物样品代表的年份，纵坐标为各影响因素贡献的全氟化合物沉积通量。PC1、PC2和PC3分别表示冰川融水、湖泊沉积物封存和降水的影响。
图3 基于QWASI模型估算的全氟化合物在冰川径流模块“气-水-土”间的传输通量
T代表的是传输过程，其下标为具体过程的名称。红色和蓝色剪头分别表示“输入”和“输出”。
