地球環境研究所提出鉀同位素可作為人類世示蹤劑

非傳統穩定同位素組成能夠通過源解析與過程追蹤提供環境信息，從而示蹤元素循環中所涉及的人為過程。鎘（Cd）、汞（Hg）、鉛（Pb）、鋅（Zn）和銅（Cu）等非傳統穩定同位素已被廣泛用于研究金屬排放對環境的影響。然而，人類活動的強度和類型在不同的地域和時期具有顯著差異，因此需要引入多維示蹤劑來更好地評估它們對環境的影響。

中國科學院地球環境研究所金章東研究團隊在鉀（K）同位素組成示蹤人類活動研究中取得新進展。研究以湖光巖瑪珥湖（HML）為研究對象，通過分析湖泊沉積物中淋濾態和殘渣態的K含量和同位素組成（δ41K），重建了過去120年HML流域的K循環和人類活動歷史（圖1）。結果表明，湖泊沉積物殘渣K（Kresidue）主要來自流域基巖侵蝕，淋濾態K（Kleachate）則受燃煤等化石燃料輸入的強烈影響，且表現出顯著的時代特征。1950年之前，沉積物中淋濾態和殘渣態的K含量和δ41K值均保持在穩定的自然背景值，說明該時期HML受人為活動的影響很小。1950年至2000年期間，K的來源未發生變化，但Kresidue快速增加，表明新中國成立后由于毀林等因素導致流域侵蝕顯著增強，火山碎屑大量輸入HML。2000年后，隨著自然保護區的設立，HML流域的侵蝕程度有所緩解。然而，偏負的δ41Kleachate是新世紀以來經濟的快速發展加劇的燃煤與機動車尾氣等污染物的排放，導致區域空氣污染顯著加劇的直接表現。在這一時期，沉積物δ41Kleachate的變化不僅與湛江市能源消費統計數據高度一致，還反映出中國同期制定并實施的三項環保政策在遏制空氣污染方面取得的顯著成效。

圖1 HML沉積物各K指標記錄與1900年以來區域經濟數據的對比，2000年后的藍色條紋代表了中國發布的三項旨在控制空氣污染的環保政策。

該研究表明，湖泊沉積物中的K同位素信號能夠清晰反映與區域經濟發展相關的自然過程與人類活動，并為流域侵蝕、能源利用、大氣污染及其治理政策等變化提供了有價值的信息。盡管鉀是一種地殼中豐度較高的主要元素，通過相態提取仍可有效區分其自然來源與人為輸入，從而使K同位素在示蹤大氣、水體、土壤和沉積物中人為因素對K地球化學循環方面展現出潛力。

該研究成果近日正式發表在國際著名環境期刊Environmental Science & Technology上。博士生李國鼐為第一作者，金章東研究員為通訊作者。該研究得到了國家自然科學基金（42221003, 42173023）和中國科學院西部之光基金（XAB2022YN02）等項目的共同資助。

Li, G., Jin, Z., He, M., Cheng, Y., Guo, R., Xu, Y., Deng, L., Man, J. and Feng, Q., 2025. Potassium Isotopes in Huguangyan Maar Lake Sediments: Catchment Erosion versus Anthropogenic Activity since 1900 C.E. Environmental Science & Technology.

https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.est.5c00777