南極北極都已不是淨土:南極雪中積累了2400噸DDT
2019年08月10日10:42

  文章來源:SELF格致論道講壇

  王小萍

  中國科學院青藏高原研究所研究員

  “小時候,我覺得因紐特人應該是呼吸著世界上最乾淨的空氣,吃著最潔淨的食物。但是,科學家發現,一些年幼的因紐特人體內有一些汙染物質,導致他們的神經受到了損傷。這些汙染物質是怎麼進入到因紐特人體內的呢?”

  今天跟大家分享一下我在南亞和青藏高原工作的經曆。大家知道世界上最潔淨的地方在哪裡嗎?很高興聽到有觀眾說青藏高原和南北兩極。

  這張照片的位置是北極點,放眼望去,白雪皚皚,十分純淨。其實北極也會受到一定程度的汙染。

  在城市中待久了,我們有時會羨慕生活在北極的因紐特人。小時候,我覺得因紐特人應該是呼吸著世界上最乾淨的空氣,吃著最潔淨的食物。

  但是,年幼的愛斯基摩人體內有一些汙染物質,導致他們的神經受到了損傷,比如他們不能和正常孩子一樣進行手指的精細活動,比如不能正常拚搭積木,玩穿珠子的遊戲,甚至不能正常系紐扣。

  科學家發現是多氯聯苯這種物質導致他們體內出現了這種神經毒性。

  多氯聯苯是怎麼進入到愛斯基摩人體內的呢?原來是他們的飲食習慣造成的,他們喜歡捕食海鯨、海豹,並吃掉這些動物的脂肪,而多氯聯苯正好可以富集在這些脂肪里。

  通過飲食,成年的愛斯基摩人把多氯聯苯吃到自己體內,通過胎盤、母乳以及血液傳播給嬰幼兒。這種毒性物質對成人也許不會有特別大的傷害,但會損傷嬰幼兒的健康。

  雖然愛斯基摩人的生活習慣可以為他們獲取脂肪和營養,讓他們抵禦嚴寒,但是這樣的飲食習慣也讓他們暴露在非常危險的汙染中。這個現象被國際社會稱為北極悖論。

  為什麼北極的雪不純淨

  科學家發現北極的雪就含有有毒物質,它在很緩慢地“毒害”北極。為什麼北極的雪裡會有這些有毒物質呢?

有機汙染物全球遷移循環路徑圖
有機汙染物全球遷移循環路徑圖

  這是揮發性有機汙染物在全球遷移循環的路徑圖,我們發現這種類型的物質都可以受熱揮發,進入大氣,隨著大氣環流傳輸;冷的時候,它們又會沉降到地表。

  我們可以把這個傳輸和遷移的方式想像成一隻螞蚱,從熱的地方向冷的地方“跳”,這樣的現象被稱為有機汙染物的螞蚱跳效應。

  我們知道雪是多孔狀的,有六個瓣,它可以在降落的過程中把大氣中的有毒物質捕獲,沉積到北極和南極。

南極雪中積累了2400噸DDT
南極雪中積累了2400噸DDT

  在這個過程中,南極和北極都沒有倖免,南極比較典型的物質是DDT。南極的各種動物體內都檢測到了這種物質,而且南極的冰雪中儲存了2000多噸的DDT。

  什麼是DDT

歷史上爭議最大的諾貝爾獎
歷史上爭議最大的諾貝爾獎

  早在1940年,DDT就被合成出來了,它的發明者還獲得了諾貝爾獎。最早合成DDT是為了殺死蚊子、蒼蠅和其他害蟲。DDT獲獎後被廣泛應用在農場中。

  上圖是DDT在美國使用時的宣傳畫,標語非常簡明:DDT is good for me。除了能把蚊子、蒼蠅等害蟲殺死之外,DDT還有很多用途。

  為了防止流行病的發生,DDT在二戰中甚至被直接用於人體。部分軍隊直接用含有DDT的噴槍去噴戰俘或者難民的身體;在某些爆發疫情的地區,政府甚至用飛機進行大規模播撒。

DDT導致鳥類滅絕
DDT導致鳥類滅絕

  DDT是歷史上使用時間最長、用途最廣的一種農藥。但20世紀70年代,科學家發現美國的國鳥白頭海雕瀕臨滅絕,主要是因為DDT的使用使得白頭海雕的蛋殼變薄,它在孵化過程中由於沒有蛋殼的保護,幼鳥就孵化不出來,這樣就慢慢導致了白頭海雕的滅絕。

  美國科學家發現這個現象後,才意識到DDT其實是具有毀滅作用的。

  DDT還有一個很著名的生物放大效應,是指它在環境中的含量很低,但是可以通過食物鏈富集。

  小魚吃掉浮遊生物,大魚吃掉小魚、海鯨,海豹又吃掉大魚,而兇猛的海鳥也是以魚為食的。也許環境中的DDT含量並不是很高,但是在食物鏈頂端的生物體中,它的含量足以致畸、致癌。

  美國在20世紀70年代發現白頭海雕瀕臨滅絕時就已經禁用DDT了,中國在80年代也禁用了這種物質。

  雖然DDT已經被禁用40多年,但是在北極的高等生物體內還能檢測到這種物質,說明它在環境中非常持久,很難被降解。

  DDT的全球循環和遷移

  這是青藏高原的風場,我們可以看見風從西邊穿過了喜瑪拉雅山,流到了青藏高原。

  這個風在喜瑪拉雅山爬坡的過程中可以把汙染物從山腳下輸送到高海拔地區。我們知道高海拔區終年下雪,雪也可以捕獲一定的汙染物。

  一旦汙染物進入青藏高原,就可以在青藏高原的內部環境中積累下來,我做的工作就是檢測風和空氣裡面有毒物質的遷移。

采樣裝置
采樣裝置

  這是我們研發的采樣裝置,裡面有一個吸附柱芯,只要把這個裝置暴露在空氣中,它就可以使空氣中的有毒物質吸附到柱芯上面。我們只需要把采樣裡面的柱芯拿回實驗室進行分析,就知道所放置的位點上的有機汙染物的含量。

  這是南亞農場裡面的照片,我們通常把這個裝置和自動氣象站放在一起,監測風速、風向、降水、溫度和有機汙染物。但是把它運到高海拔地區組裝起來並且完全調試好至少要一個月。

世界上最高含量的DDT
世界上最高含量的DDT

  我們在南亞發現了目前世界上最高含量的DDT,它主要存在於南亞的農貿市場和蔬菜轉運地。世界上很多國家都已經禁止使用DDT以後,為什麼在南亞還有這麼高的含量?

  這是因為南亞的夏季有可能爆發洪水,天氣又比較熱,就會滋生瘧疾。到目前為止,DDT還是控製瘧疾最便宜的藥物,所以在南亞的市場上,DDT還是可以自由買賣的。

  由於當地百姓的環保意識比較薄弱,他們買來DDT控製瘧疾的時候,覺得它還可以殺掉害蟲,就把它也用在了蔬菜種植和儲存過程中。

  大家不瞭解它的毒性,隨意使用的結果是對自然環境的汙染,比如對水體的汙染。一旦在農場中進行播撒之後,隨著下雨,它還會彙入河流,進入湖泊。

  南亞老百姓不喝湖里的水,喝瓶裝水,因為他們知道水汙染很嚴重,但野生生物就沒有這樣幸運。

  有一部電影叫《小蘿莉和她的猴神大叔》,當地是把猴作為神供奉的。事實上,科學家發現有將近一半的野生猴都已經得了癌症,或者在得癌症的邊緣。他們認為這樣的狀況是環境汙染造成的。

  順著風,我們可以知道南亞的DDT汙染物有沒有到青藏高原的冰雪裡。

  冰川是歷史的檔案,可以捕捉到過去的大氣信息。每年下的雪如果不消融就會都沉積在地表。

冰川檔案
冰川檔案

  圖中我們可以看到去年的雪和今年的雪,一層一層,像樹木年輪一樣,我要研究的就是冰川的歷史記錄。

  解密冰川

  我們怎麼把冰川的歷史記錄拿出來呢?通過打冰芯的方式。

  這是我們在珠穆朗瑪峰東絨布冰川打冰芯的工作流程圖,我們從海拔5400米的大本營,到海拔6500米的地點打冰芯,還有一些同事直接登頂了。

  這張照片背後的回憶不是很美好,因為從海拔5400米的大本營到海拔6500米就沒有可以看得見的路了。

  魯迅說:世界上本來沒有路,走的人多了就有了路了。如果有路的話就是我們走的。我和同事要把打冰芯的裝備背上去,或者雇當地的藏族人趕著犛牛背上去。

  從海拔5400米到5800米,感覺還可以承受,因為地形起伏比較大,一個階段會很陡,你會竭盡全力去爬。一個階段可以相對平緩,可以放慢一點節奏,走走停停。

  最要命的是從海拔5800米到6500米,因為大家體力消耗非常大,高原反應也越來越重,大家就失去了鬥志,毫無目標地一步一步往前走,感覺永遠走不到目標點。

  很多人問我海拔6500米是什麼感受?我說生不如死。但這是我的工作,而且我很好奇冰芯是怎麼打出來的,冰雪裡到底有沒有DDT,所以是好奇心和責任心讓我堅持了下來。

  在海拔6500米的地方,我們還要挖雪坑。這裏的雪是非常硬的,不是輕輕一鏟就可以鏟開,圖中這個雪坑,同事們應該是用了極強的意誌力才完成的。

  雪坑挖好之後,我們可以把打冰芯的鑽機運進來,組裝好讓它運轉,把冰芯鑽出來。雖然聽起來非常簡單、輕巧,但是在海拔那麼高的地方把這些事情做成是非常難的。

  這些冰芯鑽取出來之後是一小節一小節的,我們將它們排列開來以後就可以形成一個長的序列,可以解釋過去是怎麼樣的,現在怎麼樣。基於這個序列,我們甚至還可以預測未來怎麼樣。

  最後還要清理整個雪坑,蒐集樣品,這樣才會使樣品更加完整,獲得的時間序列更長。

冰芯中的氣泡:遠古空氣的記憶
冰芯中的氣泡:遠古空氣的記憶

  可以清楚地看到,冰芯中積累了很多氣泡,這些氣泡就是我們研究的對象,我們要捕捉這些氣泡里的氣候環境信息。

世界上海拔最高的DDT冰芯記錄
世界上海拔最高的DDT冰芯記錄

  通過對冰芯的研究,我們獲得了世界上海拔最高、時間序列最長的DDT的記錄。

  圖中的峰值對應的是印度瘧疾爆發的一個時期,從1990年到2000年,印度持續使用DDT,這個信息被珠峰的冰芯記錄下來了。

  喜瑪拉雅山的冰雪順著這個風向已經接觸到了南亞排放的DDT,DDT隨著風進入青藏高原內部。因為青藏高原有廣袤的原始森林,我們就把森林中的葉片作為汙染物的捕獲器。

  為什麼這樣做呢?因為葉片裡面有氣孔,在吸入二氧化碳的過程中可以把大氣中的有毒物質吸附進去,而且葉面的表層有葉蠟,也可以吸附汙染物質。

  除了葉片對大氣的吸附以及降雨、降雪過程外,森林的落葉過程也可以把葉片里吸附的物質傳遞到地表。

森林泵效應
森林泵效應

  圖中可以看到,在藏東南的森林里覆蓋了一層非常厚的腐質層,我們猜測這個腐質層是一個巨大的DDT儲庫。

50%大氣DDT被林冠吸收
50%大氣DDT被林冠吸收

  首先,我們爬上樹,在樹的頂部和裡面放了采樣器,分別看氣流過來的時候,頂部和底部DDT的濃度。我們發現其實50%的DDT已經被樹冠吸收了。

  我們還研究了樹葉,猜測它從開始萌發到逐步長大為成葉的過程中是不是一直在吸收DDT。

  我們發現:主要的樹種在整個生長季,甚至整個生長期,也就是停止生長之後還沒有掉落的時期中,都在吸收大氣中的DDT。

  我們在森林中設計了很多掉落物收集筐。這是我的學生很仔細地把掉下來的每一顆、每一粒葉子和葉蠟全部收集起來。

  最後我們發現,在森林的腐質層中的確聚集了大量的DDT,聚集的速度是每年0.5噸。

  如果以這樣的速度繼續積累下去,20年後,青藏高原原始森林的土壤就是很大的DDT的儲庫,而且已經接近中等汙染水平。這是大家不能忽視的。

  由於DDT的全球循環和遷移,南極、北極和青藏高原在嚴格意義上已經不能說是一方淨土。

  這是我們在南亞拍到的珠峰南坡的照片,非常美麗、讓人心曠神怡。但我們看到的這些白雪裡面其實也有毒性物質。

珠峰北坡
珠峰北坡

  這是珠峰北坡的照片,這張照片對我來說有很深遠的意義。每次去珠峰的時候,如果遇到一些不太順利的事情,我都會坐在我們台站的腳下看著珠峰,對著珠峰說說心裡話。

  我在南亞工作了很長時間,南亞的老百姓給我留下了很深刻的印象。他們的生活節奏很慢,比如小朋友放學後沒有作業,就在外面玩耍;商人做完生意,把商舖一關就回家了,沒有迫切地想去賺錢;老百姓一般悠閑地聊天,吃點土豆和胡蘿蔔,沒有很高的物質追求。但是,他們的確生存在一個汙染嚴重的地區,讓人不得不擔憂。

  這是全球重汙染地區的分佈圖,我國也在這張圖上。像南亞排放的汙染物可以隨著大氣環流進入青藏高原一樣,我國的汙染物也可以進到北極。

  所以保護環境已經不是某一個國家、某一個企業和某一個工廠的事情,應該全球動員起來,共同抵製、消減和控製汙染。

  除此之外,以DDT為例,它當年被生產出來,被大面積使用,大家意識到它的毒性以後,對它禁止使用,但是其他的化合物又被生產出來,比如多氯聯苯被禁用以後,多溴聯苯又出來了。

  這樣一個循環往複的過程,不斷進行,無休無止。人類何時可以停止上演這樣的循環過程?

  我想我們在保護環境的前提下,一定要形成一些對環境友好的生產方式,不要過度考慮自己的利益。

  謝謝大家!

關注我們Facebook專頁
    相關新聞
      更多瀏覽