“永久化学物质”正在北极乃至全世界不断积聚

导  读

科学家表明，这种“永久化学物质”毫无疑问也在世界范围内积聚着。

来源：环球科学（2020年8月19日）

作者：Annie Sneed

翻译：黄灏

审校：曾小欢

引进来源：科学美国人

引进链接：https://www.scientificamerican.com/article/forever-chemicals-are-building-up-in-the-arctic-and-likely-worldwide/

冰芯样品。版权：美国航空航天局戈达德航天中心的Ludovic Brucker

北极似乎是一个原始的、与世隔绝的冰封世界。但人类产生的污染物甚至已经达到了这个远离人类世界的角落，这里也因此被世界自然基金会称为是“环境化学污染物在全球的汇聚”。现在研究人员发现自上世纪90年代以来，一种几乎不可降解的化学物质已经在该地区积聚。科学家表明，这种“永久化学物质”毫无疑问也在世界范围内积聚着。目前，我们尚不完全清楚其对人类健康与生态系统的潜在影响。

矛盾的是，这个环境问题的起因是为了解决另一个环境问题：臭氧层空洞。根据1987年的《蒙特利尔议定书》，各个国家同意逐步淘汰消耗臭氧层物质：氯氟烃（CFCs）。但是氯氟烃被应用于冰箱、发胶等大量产品中，工业生产需要新的化学物质来替代它们。于是制造商们将目光投向氢氯氟烃（HCFCs）和氢氟烃（HFCs）等化学物质。

但是，当这些取代氯氟烃的化学物质进入大气，它们会与其它化学物质发生反应，形成几种短链全氟烷基羧酸（scPFCAs）。这些化合物随后会沉降到地球表面。由于这个迁移转化过程，科学家们曾推测环境中的scPFCAs含量将从20世纪90年代早期开始增长。但直到现在，研究人员还没有足够的数据来确定这些年来环境中scPFCAs含量的变化。Cora Young是多伦多约克大学的化学助理教授，她说，“我们知道理论上会产生scPFCAs，但还不清楚在实际情况中到底产生了多少。”

图片来源：Pixabay

为了了解短链全氟烷基羧酸是否是在1997年《蒙特利尔议定书》后就开始在环境中积累，Young和她的同事在加拿大北极地区的两个地点采集了冰芯样品。这种自然样品就像时间胶囊一样，可以记录从大气中沉降下来的化学物质，并将它们的年际变化保存冰层中。冰芯的深度表明这两份冰芯样品记录了数十年尺度的变化：一份是38年，另一份是50年。

通过分析，Young和她的同事发现短链全氟烷基羧酸在北极地区的浓度从1990年开始显著升高，彼时正是《蒙特利尔议定书》开始生效的时候。例如她们分析的其中一种短链全氟烷基羧酸，它目前在北极地区的年均沉降量是《蒙特利尔议定书》生效之前的10倍以上。通过计算机模拟化学物质的积累趋势并进行对比，研究团队还得出结论：这些氯氟烃的替代品要么是短链全氟烷基羧酸积累的唯一成因，要么是它们的主要来源之一。（研究人员发现，为不粘锅等产品生产化学品的含氟聚合物行业是scPFCAs的另一来源。）Young等人的这项研究发表在《地球物理研究快报》（Geophysical Research Letters）上。

Young强调，即使此项研究只调研了北极冰芯的情况，但毫无疑问短链全氟烷基羧酸在整个地球环境中都有积累。因为它们的前体物，即氯氟烃的替代品，以及与它们反应的其它化学物质在全球范围的大气中存在。“如果我们能够看到短链全氟烷基羧酸的浓度在北极地区增加，那这样的趋势也会发生在世界各地。”Young补充道。短链全氟烷基羧酸的积累会给未来带来潜在的环境问题，因为它们能够极其持久地存留在环境中。“它们的特点是有碳氟键，这是目前所能形成的最强单键，”她解释说，“这种化学键非常牢固，在自然环境中还没有任何一个（物理、化学或生物）过程可以破坏它。”Young强调，任何一种在环境中积累的短链全氟烷基羧酸都可以存留几千年。

但是对于这项研究中监测到的短链全氟烷基羧酸的潜在毒性，学界还有一些分歧。一些专家指出，当它们在环境中的含量远远超过目前的监测值时，它们才会对生物体造成危害。瑞典斯德哥尔摩大学的环境有机化学教授Ian Cousins不是Young研究的参与者，他表示，“根据我们现有的资料目前观测到的scPFCAs浓度是无毒的，其在野生动物或人类中也不具生物累积性（即在越高级消费者的体内，累积浓度越高）。所以，在大气中短链全氟烷基羧酸积累到足够高水平之前，它们不太可能对人类或其他生物体造成任何毒害作用。”不过他也指出，未来研究人员可能会在它们的毒理方面有新发现。化工行业的代表表示，至少该研究中的一种短链全氟烷基羧酸，三氟醋酸（TFA），是对生物体没有毒害作用的。欧洲氟碳化合物技术委员会（European Fluorocarbons Technical Committee，EFCTC）是欧洲氟碳化合物制造商的代表，它在给《科学美国人》（Scientific American）的一份声明中写道：“现有的科学研究已经表明，三氟醋酸对处于食物链较顶端的生物（包括人类）的风险是可以忽略的。它既不会在水生生物体中有生物富集，也不会在食物链中有生物放大。”同时欧洲氟碳化合物技术委员会称，总体上这些表明TFA无害的研究是可信的。

含氯氟烃。图片来源：Pixabay

另一些专家认为，目前还没有足够的研究能真正证明短链全氟烷基羧酸是否有生物毒性，特别是当生物体长期暴露在低剂量短链全氟烷基羧酸时。东卡罗莱纳大学布罗迪医学院（Brody School of Medicine）药理学和毒理学副教授Jamie DeWitt（他不是论文的参与者）表明，“如果这些化学物质在环境中存在很长一段时间，人类和其它生物体将会持续暴露其中。问题是，长时间、低剂量的暴露是否会突破身体的防线，对身体产生毒性？这个问题的答案是未知的。”相关信息的缺乏是因为这类毒理研究很难开展。南卡罗莱纳大学的环境化学家John Ferr也同样认为，短链全氟烷基羧酸的潜在危害还不完全清楚。他说，“事实上，目前的这些研究并不一定表明它们就没有毒害，即很难说它们到底有多重要。即使一个影响在目前可能是未知的，但这并不意味着它在未来仍是未知的。”

综上，大多数专家似乎认同短链全氟烷基羧酸极其持久地存留在环境中是令人担忧的。Cousins表示，“我认为向环境释放这些永远不会被自然降解的物质是不好的。可以肯定的是，如果你继续向环境释放它们，迟早会产生危害。然后你必须等待很长一段时间来停止这种危害，因为污染是不可逆的。”

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