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我院张彦旭教授课题组研究揭示未来大气汞排放对全球人类健康的影响


发布时间:2021-05-25浏览次数:358


5月24日, Nature子刊《Nature Communications》在线发表了我院张彦旭教授课题组题为“Global health effects of future atmospheric mercury emissions”的研究论文。该成果预测了未来大气汞排放对全球人类健康的影响。

 汞是一种有毒重金属,其甲基化合物(甲基汞)会影响幼儿的智力发育和成人的心脏健康。人体中的甲基汞主要来自食用被污染的鱼类与稻米。为保护人类和环境免受汞污染的伤害,包括我国在内的87个国家和地区共同签署了具有法律约束力的国际条约《水俣公约》。该公约已于2017年正式生效,但其实施效果还从未得到系统和定量的评估。

汞从排放源到对人体产生毒害作用,受到多个环节的影响,包括大气排放、大气传输与沉降、气-海交换、气-陆交换、化学转化(尤其是汞的甲基化)、食物网转移和人类食物摄入等。这些过程也会受到气候变化、土地利用、海洋环流和生态系统功能等因素的影响。

本研究耦合了大气、土壤和海洋模型,开发了一种全面的方法来预测未来汞排放变化的健康效应。该方法考虑了未来排放源的变化、气候变化和生物地球化学过程的变化;预测了未来环境中的汞浓度和各国人口的甲基汞摄入量;并利用流行病学的剂量-效应关系估计人群的健康风险。本研究首次揭示了目前世界各国甲基汞暴露的健康风险与经济损失,并预测了至2050年全球汞排放变化对人群健康的影响。

图1 当今甲基汞食物暴露对全球人体健康的影响。a)幼儿IQ损伤;b)心脏病死亡;c)IQ损伤造成的经济损失;d)心脏病死亡造成的经济损失;e)甲基汞暴露造成的全球经济总损失(c与d之和)。

结果表明,当今全球人类因甲基汞摄入造成的经济损失总计为每年1170亿美元,包括新生儿智力损伤总计1.2×107点IQ(人均0.086点IQ)和诱发心脏病死亡人数总计29000例(图1)。人群的健康效应受到饮食结构的影响,鱼类等海鲜消费量较大的沿海国家对甲基汞暴露的健康风险最大,食用鱼和稻米都较少的国家的健康风险最小。

本研究预测了5种不同排放情景下2010至2050年全球汞分布变化(图2)。在最乐观的情景(MFR,最大可行减排)下,2050年淡水和海洋生物中甲基汞的浓度水平将下降至约当前的一半,土壤汞的变化较小。相对于排放不变的情景(CP),两种低排放情景MFR和NP-Delayed(推迟的新政策)使得大气汞沉降分别降低48%和28%,两种高排放情景A1B(也被称作能源均衡发展情景)和A2(也被称作高温室气体排放情景)使得大气汞沉降分别上升了87%和59%。

图2 预计2050年大气沉降(a列)、土壤(b列)和海洋浮游生物(c列)中的汞水平。每一列中,最上端显示的是总体均值的变化趋势,下端显示的是A1B、A2、CP、NP-Delayed和MFR 5种情景(排放量由高到低)的空间分布。

未来人为排放的变化对健康效益的影响明显减弱。与CP情景相比,尽管MFR和NP- Delayed情景分别预测主要人为源排放减小了85%和48%,但IQ损伤减小的比例仅分别为24%和15%。A1B和A2情景下的排放变化分别增大了150%和99%,而IQ损伤分别增加了51%和34%(图3a)。CP情景将导致2010年至2050年期间累计160人死亡,MFR和NP-Delayed情景下累计的死亡人数分别为140万和150,A1B和A2情景下的累计死亡人数分别为200万和190(图3b)。

图3 未来不同排放情景下的全球人体健康风险变化趋势。a)新生儿IQ损伤总计;b)诱发心脏病死亡总计;c)健康风险导致的经济估值:总估值(实线)和智商损伤(虚线)

在2010-2050年间,CP情景预测的累计经济损失为19万亿美元,MFR和NP-Delayed情景的健康效益(即经济损失减少)分别为2.4和1.5万亿美元,而A1B和A2情景下的预测损失将分别增加4.9和3.3万亿美元(图3c)。

最后,本研究建议汞减排行动刻不容缓,减排行动能够有效减少因甲基汞暴露造成的健康风险。同时,本研究能够为未来各国在履约背景下的各种减排情景提供可靠的预测模式框架,也能够协助各合约国制定减排政策和国家行动计划。

张彦旭教授为论文的第一和通讯作者。论文校外合作者包括麻省理工学院Stephanie Dutkiewicz博士,美国密歇根理工大学Wu shiliang教授、Zhang huanxin博士,加拿大曼尼托巴大学王飞越教授,华东师范大学陈龙研究员,清华大学王书肖教授,中科院地化所李平研究员。该工作得到国家自然科学基金、中国科学院跨学科创新团队、江苏省双创人才计划、江苏省气候变化协同创新中心项目支持。

论文链接:https://www.nature.com/articles/s41467-021-23391-7


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