科研与旅游在南极雪中的重金属印记

南极常被视为远离人类活动的纯净空间。近年，极地旅游持续增长，科研站、科考船、飞机与陆地保障设施也不断扩展。船舶、车辆、航空器和柴油发电设备带来的局地排放，开始在冰雪环境中留下可测量的化学痕迹。

发表于《Nature Sustainability》的这项研究沿南设得兰群岛至埃尔斯沃思山脉开展约2000公里的雪样调查，将旅游航线、科研设施和表层雪中的元素浓度放入同一空间框架。研究发现，南极半岛北部集中了最密集的海上交通和大量科研设施，雪样中也记录到较强的人为重金属信号。论文由此把极地旅游研究从游客规模和目的地承载力，进一步推进到交通排放、环境足迹与空间治理层面。

南极旅游以海上进入为主，主要航线沿南极半岛及其邻近岛屿展开。论文绘制的海上交通密度图显示，船舶活动在南设得兰群岛、南极半岛西岸及周边海域形成明显高值区。这里既是邮轮和探险游船最常抵达的区域，也是南极科研设施分布最集中的地带。

国际南极旅游组织协会数据显示，2023—2024旅游季到访南极的游客超过12万人。协会成员拥有93艘船舶，当季共登记569个航次。疫情造成的短暂停滞之后，南极旅游迅速恢复，并超过此前规模。与此同时，南极条约区内共有114处正在使用的科研设施，可容纳5000余名科研人员与工作人员，其中约一半位于南极半岛。

图1南极半岛海上交通密度、旅游船舶与游客数量变化，以及科研设施数量的长期增长。原图取自论文图1。

这幅图呈现了旅游地理中最关键的空间关系：人类活动并未均匀分布在南极大陆，而是沿航线、港湾、登陆点和科研站形成高度集中的走廊与节点。旅游与科研共享相近的交通通道和后勤条件，也使局地环境压力在有限空间内叠加。

研究团队在2016—2017至2019—2020四个连续夏季开展采样，从南设得兰群岛的乔治王岛出发，沿南极半岛向南延伸至埃尔斯沃思山脉，在16个地点采集55份表层雪样。最北端站点约位于南纬62度，最南端达到南纬79度，样带跨越主要旅游热点、科研活动区和深内陆环境。

采样点包括阿德默勒尔蒂湾、柯林斯、麦克斯韦湾、罗伯特岛、格林尼治岛、利文斯顿岛、欺骗岛、霍普湾、特里尼蒂岛、杜默岛、彼得曼岛与德泰耶岛等。研究人员主动避开科研站、道路、机场和企鹅栖息地附近的直接污染源，多数样点与显著排放源相距数百米至数公里。这样的设计有助于识别局地活动留下的区域性沉降，而不是只记录设施近旁的高污染点。

图216个采样地点及其雪化学聚类结果。主成分分析将样点划分为四类，并显示海洋、地壳、生物与人为来源的不同贡献。原图取自论文图2。

研究使用X射线荧光光谱测定雪中不溶性颗粒的元素浓度，共分析48种元素，其中27种高于检出限。主成分分析前两个轴解释了61%的总体差异，样点被划分为四个化学特征不同的群组。地图与统计结果结合后，南北梯度、岛屿环境和人类活动区之间的差别变得清晰可见。

南极雪中的元素并非都来自污染。铝、硅、铁、钛、钇和锆主要反映裸岩与地壳尘埃；钠、镁和钙与海盐气溶胶关系密切；磷和硫受到企鹅、海豹、浮游生物与雪藻等生物过程影响；镍、铅、铜、铬和锌则被论文用作化石燃料燃烧及其他人为活动的重要标志。

研究发现，自然气溶胶的空间变化具有较强规律。南极半岛北部无冰区面积较大，裸岩和风力搬运为雪样提供了更多地壳物质；靠近海岸和岛屿的站点受到海盐与生物活动影响；深内陆的埃尔斯沃思山脉则呈现另一组矿物来源特征。不同来源在主成分空间中相互分离，使研究者能够辨认自然背景与人为信号。

雪在这里相当于一张持续接收大气沉降的记录纸。气溶胶落到雪面后，地理位置、风场、裸岩分布、海洋距离和人类活动共同决定元素组合。与只测量某一座科研站附近空气质量的方法相比，跨越多个纬度的表层雪调查能够展示更完整的区域格局。

论文将四个样点群组中的元素浓度、地球化学比值和富集因子进行比较。结果显示，与化石燃料污染相关的铅、铜和锌在各采样地点均表现出明显的人为富集，富集因子普遍高于10。即使是位于南纬79度、远离主要海上旅游区的联合冰川营地，也能检测到这些元素的富集信号。

图3四类采样点的元素浓度、地球化学比值及富集因子。铅、铜、锌等重金属显示出超出自然背景的富集。原图取自论文图3。

北部样点的重金属浓度整体更高，阿德默勒尔蒂湾和霍普湾尤为突出。两地靠近大型科研站，也处在繁忙的海上交通带。船舶、航空器、车辆、柴油发电设备及科研基础设施共同构成能源密集型活动网络。历史遗留的含铅涂料、塑料稳定剂和废弃物焚烧也会继续释放污染物，并在风力作用下发生再悬浮和再沉降。

论文同时给出了严格的环境解释。砷、镉和硒等高毒性元素低于本研究仪器检出限；现有浓度尚不足以支持广泛生态损害的判断。重金属已经形成跨地点的环境印记，其对南极微生物、初级生产者和食物链的长期影响仍需要连续监测。

纬度分析显示，超过一半的测量元素随南北位置显著变化。地壳尘埃与海盐相关元素总体向南减少，反映裸岩面积、海陆距离和气溶胶输送条件的变化。人为标志元素的分布更具斑块性，说明其来源受船舶航线、科研站、机场、营地和局地风场共同影响。

图4南极半岛北部元素浓度与纬度的关系，以及铝、钠和铅在采样点上的空间分布。原图取自论文图4。

铅在整体纬度回归中没有形成单一线性梯度，北部的阿德默勒尔蒂湾与霍普湾仍呈现清晰高值。这一结果说明，人为污染更接近由多个活动节点组成的网络，而不是从北向南均匀衰减的背景场。旅游地理所关注的航线、停靠点、登陆地和服务基地，在环境化学中对应着排放、传输与沉降的空间链条。

论文并未把全部重金属简单归因于旅游。科研活动同样依赖船舶、航空器和燃油设备，部分站点还受到历史污染影响。海上交通资料显示，旅游船舶占研究区域船舶活动的主体，因此旅游增长已经成为南极半岛局地排放管理中不可忽视的组成部分。

南极旅游治理长期重视游客数量、登陆秩序、野生动物干扰与生物安全。本文提示，管理尺度还需要从登陆点扩展到完整的交通和能源系统。游客是否上岸只是活动的一部分，邮轮航行、辅助艇接驳、港湾停留、燃料消耗和后勤补给同样会在冰雪环境中留下足迹。

研究提出的方向包括加强空气与雪化学监测，完善旅游船舶和科研设施的排放清单，推动更清洁的燃料与动力系统，并把环境监测覆盖到繁忙航线和活动节点之外。对极地目的地而言，承载力不仅是某个登陆点可以接待多少人，也包括区域交通系统能够承受多大的能源消耗和污染沉降。

这项研究的旅游地理意义，在于把游客流动、科研设施与环境结果连接起来。南极旅游建立在船舶网络与少数门户之上，空间集聚提高了组织效率，也让排放压力集中显现。雪中的重金属印记提示我们，极地旅游的可持续性需要同时观察人从哪里来、沿什么线路移动、在哪些节点停留，以及这些移动如何进入脆弱环境的物质循环。

封面图片：Gary Bembridge / Wikimedia Commons，CC BY 2.0；根据公众号封面比例裁切并进行色彩优化。

责任编辑：徐少杰