自工业革命以来，快速增长的工业活动加速了化石燃料和矿产资源的消耗，导致大量的污染物释放到环境中。其中，挥发性重金属如Pb和Zn因其在大气中的远距离迁移及对生态系统和人体健康的持久性毒害而受关注。自上世纪80年代以来，我国因经济快速发展，被国际社会认为向全球大气中排放了大量重金属。然而，在进入快速工业化发展之前，我国也受到了来自其他地区的跨界大气重金属传输和沉积的影响，但缺乏科学上的证据。
基于此，中国科学院地球化学研究所环境地球化学国家重点实验室刘承帅研究员团队以位于我国南部海岸线的湖光岩玛珥湖的沉积柱为研究对象，采用210Pb沉积物定年、Pb和Zn沉降通量、Pb和Zn同位素组成、贝叶斯混合模型等方法，重建了自工业革命以来大气Pb和Zn在玛珥湖中的积累历史（图1），追溯并量化了不同历史时期大气Pb和Zn的来源（图2）。研究发现：
（1）1850年以前。Pb、Zn沉降通量小且同位素比值接近自然源，人类活动影响较小。
（2）1850年到1950年。100年间，Pb通量逐渐增加，并在20世纪20年代前后达到最大值。Pb同位素溯源结果证实这一时期湖光岩玛珥湖沉积物中的Pb来自其他早期工业化地区（比如北美、欧洲等）排放Pb的远距离传输。自1860年以来，第二次工业革命推动了北美及西欧的快速工业化，煤炭消费迅速扩张，含Pb汽油大量使用，这导致玛珥湖Pb的沉降通量增加（这一时期我国未有规模性的工业排放）。计算结果表明远距离传输的Pb贡献高达72.3%。
（3）1950-1980年。该时期Pb通量轻微降低。建国初期，我国的工业化仍相对落后，Pb排放量仍远低于美国、欧洲的历史最大排放量，对Pb沉降通量的贡献有限。同一时期，欧洲和北美实施清洁生产标准并禁止含Pb汽油使用，这可能是Pb通量下降的原因。
（4）1980年至今。 Pb和Zn通量耦合并快速增加。20世纪80年代以来，我国工业活动增加。这一阶段我国矿产资源的密集开采和冶炼、汽油使用导致Pb和Zn的排放增加。由于人为活动排放的大气Zn通常富集较轻的Zn同位素，自1980年以来沉积物中Zn同位素显著变轻也证实冶炼、采矿、交通、燃煤等人为活动的影响加剧。
图1. 不同历史时期Zn通量、Zn同位素组成、Pb通量和Pb同位素比值
图2. 不同时期不同来源贡献的Pb和Zn通量
该研究成果以Lake sediment archive reveals a distinct response to anthropogenic Pb and Zn deposition with historical periods: Pb-Zn isotope evidence为题发表在环境科学领域国际重要期刊Environmental Science & Technology上，并被选为补充封面（图3）。研究得到中国科学院战略性先导科技专项（B 类）（XDB40020402）和国家自然科学基金（42025705、41921004）等项目的资助。
图3. 本研究被选为Supplementary Cover文章
论文信息：Xia YF, Liu YH, Liu CS*, Gao T, Yin RS, Qi M, Wu HC, Lake sediment archive reveals a distinct response to anthropogenic Pb and Zn deposition with historical periods: Pb?Zn isotope evidence, Environmental Science & Technology, DOI: 10.1021/acs.est.3c00511.
论文链接：https://doi.org/10.1021/acs.est.3c00511
(刘承帅课题组/供稿)