編者注：以下摘自伊麗莎白·格羅斯曼的書籍《追逐分子》。
即使距離最近的工業或農業活動數百英里，海冰、海洋以及北極的植物和動物也經常出現元素和合成化學物質汙染的證據。這種汙染不僅包括除草劑、殺菌劑和殺蟲劑——這些化學物質在露天使用，可能直接衝入河流或從工廠釋放——還包括金屬，其中有汞以及阻燃劑和防水劑，以及其他物質，至少在理論上，這些物質被融入到它們旨在增強的產品材料中。
例如，目前在北極經常發現的錯誤化合物包括溴化阻燃劑，其中包括廣泛用於軟墊泡沫、紡織品和塑膠中的 PBDE（多溴二苯醚）。在遙遠的北方也經常記錄到全氟化合物 (PFC) 的存在，有些含量非常高，全氟化合物用作防汙劑、防水劑和工業表面活性劑（想想 Scotch-guard、Teflon、Gore-Tex 以及用於食品包裝（如披薩盒、糖果包裝紙和微波爐爆米花袋）的紙張上的光滑塗層）。
關於支援科學新聞報道
如果您喜歡這篇文章，請考慮透過以下方式支援我們屢獲殊榮的新聞報道 訂閱。透過購買訂閱，您正在幫助確保關於塑造當今世界的發現和想法的具有影響力的故事的未來。
這些相同的化合物現在也在世界各地的動物和人體中檢測到。一個由 40 多個取樣點組成的網路發現了合成化學物質的證據，這些化學物質不會分解成無毒成分——農藥、化石燃料排放物和工業化合物的混合物——幾乎在它所觀察到的任何地方都有，從南極洲、北美、澳大利亞和非洲到冰島。最近在美國西部和阿拉斯加的美國國家公園進行的一項為期五年的研究發現，在大多數雪、土壤、水、植物和魚類樣本中都存在這些相同的汙染物。
尚不清楚第一批永續性合成化學汙染物何時到達北極，但自 20 世紀 60 年代以來，那裡已定期檢測到這種汙染。“每個人都認為北極是原始的，所以我們在頂級捕食者中發現如此高的汙染物水平時感到震驚，”加拿大漁業和海洋部的高階科學家加里·斯特恩說。但“在中緯度地區釋放的任何東西都會迅速向北傳播。”
永續性合成化學物質通常被稱為“永續性有機汙染物”，簡稱 POP。以這種方式使用，“有機”是指該化合物含有一個或多個碳原子，並非所有有機化合物都有毒或持久。
公眾對滴滴涕、多氯聯苯和二噁英等永續性有機汙染物的認識正在不斷提高。到 2001 年，對永續性有機汙染物對環境和健康的影響的擔憂已足夠促使聯合國環境規劃署制定了一項名為《斯德哥爾摩公約》的條約，旨在減少這些化學物質的使用和釋放。管理《斯德哥爾摩公約》的組織寫道：“接觸永續性有機汙染物 (POP) 會導致嚴重的健康影響，”包括某些癌症、出生缺陷、免疫和生殖系統功能障礙、對疾病的易感性增加，甚至智力下降。（美國已簽署《斯德哥爾摩公約》，但截至 2009 年尚未批准，因此尚未全面參與其會議和決策，其化學物質的使用尚未正式受《公約》法規的約束。）
透過在多個研究地點長期取樣，科學家們發現一些汙染物完全透過空氣傳播——多倫多大學的弗蘭克·瓦尼亞稱之為飛行者。一些汙染物——游泳者——停留在水中，隨著洋流迴圈。但大多數是跳躍者；它們以所謂的“蚱蜢效應”的方式向北移動，這是一系列空氣和水傳播的跳躍，隨著蒸發和冷凝的週期性和季節性模式向北極移動。
“化學物質有幾種存在於大氣中的方式，”瓦尼亞解釋說。根據溫度和天氣條件，以及構成該分子的尺寸、形狀和元素，同一物質可以以溶解在水中、氣體或顆粒的形式存在。分子越小，通常揮發性越強，因此更有可能作為氣體被大氣流帶走。這些氣相分子——飛行者——可以以每秒數米的速度移動，在幾天或幾周內從其起源地到達北極等偏遠地區。在另一極端，水傳播的游泳者可能需要數年才能到達同一目的地。
跳躍者是可以在氣相、液相和顆粒相之間移動的中等尺寸分子，它們在最初釋放後可能需要幾天、幾周甚至幾年才能到達北極。這些跳躍者可能存在於液態水中，但隨著溫度升高，它們會蒸發為氣相，然後在溫度降低時冷凝並返回水中。它們將一次又一次地重複這個迴圈，隨著每日和季節性的升溫和降溫模式上升和下降——或跳躍。許多永續性化學物質就是這樣隨著雲層和降水移動，因為風暴系統和洋流環繞地球，這就是為什麼溫度如此強烈地影響汙染物如何以及在何處傳播。
“永續性和流動性是使某些物質變得麻煩的原因，”瓦尼亞說。“要證明毒性是一個非常困難、費力且耗時的過程，等你有了證據可能為時已晚。”如果一種物質“持久、高度流動且無法控制，你就會遇到一個無法糾正的問題。”
影響永續性汙染物移動和沉積的另一個主要因素是降水。簡而言之，雨或雪下得越多，這些汙染物就越有可能從雲層中沖刷出來並沉積在陸地、湖泊、河流和海洋中。在最近的一篇論文中，瓦尼亞和同事托爾斯滕·邁耶指出，“受降雨率變化影響的真實物質包括林丹、艾氏劑[兩者都是劇毒且持久的農藥]、高氯化多氯聯苯、多溴二苯醚和一些目前使用的農藥。”當溫度較高時，更多這些物質會傾向於再次蒸發並加入雲層，然後從那裡開始冷凝和降水的迴圈。當以氣溶膠形式存在時，汙染物甚至可能會加速降水，因為水滴會聚在微小的固體周圍。
任何影響大氣和海洋環流的因素顯然在環境漫遊永續性汙染物的最終去向上起著重要作用。被稱為環流和振盪的大型半球風和海洋模式都起著作用，更區域性的風暴系統和洋流也是如此。“這些路線似乎都迫使在歐洲釋放的汙染物到達北極，”加拿大環境部負責水生生態系統研究的高階科學家、專門研究汙染物的德里克·繆爾解釋說。“想想切爾諾貝利，”繆爾用一個例子來說明。“那裡的放射性最終到達了斯堪的納維亞西部，那裡的許多馴鹿因此被犧牲。其他汙染物也沿著從俄羅斯向北的同一路徑移動。”
一旦汙染物到達遙遠的北方，會發生什麼很大程度上取決於是否有冰。冰通常會穩定汙染物並將其固定在原處，直到溫度升高到足以開始融化時才會再次釋放。繆爾將格陵蘭島描述為“一塊 3000 米或更厚的冰塊”，它似乎既是北極的汙染物來源，也是一個匯。
在格陵蘭島的東側以及橫跨格陵蘭海的遙遠的挪威斯瓦爾巴群島上，一直延伸到北緯 80 度——在來自格陵蘭島和歐洲大陸的空氣和水流的路徑上——發現多氯聯苯、多溴二苯醚和全氟化合物的含量特別高。繆爾說，斯瓦爾巴群島的北極熊的汙染物含量高於格陵蘭島西部或加拿大北極地區的北極熊，這主要是由於融化增加所致。
當汙染物在北大西洋灣流的範圍內釋放或被也向東吹的北部氣流捕獲時，北美汙染物也可以跨越大西洋向歐洲輸送。同樣，氣團可能會從亞洲沿著東北方向穿過太平洋到達北美。由於跨太平洋氣流，中國釋放的汙染物會穿過北太平洋，並在日本和韓國造成當地空氣汙染的健康問題。來自中國的沙塵在短短四天內即可到達加利福尼亞州，併為洛杉磯霧霾的形成做出定期貢獻。
某些汙染物（那些更重且揮發性較低的汙染物）的化學性質導致它們從大氣中落入北太平洋，在那裡它們可能會緩慢地在水中移動或被魚類和海洋哺乳動物吸收。在過去十年中，在太平洋沿岸的魚類、海豹、鯨魚和食魚鳥類中，一直髮現包括多氯聯苯、溴化阻燃劑和全氟化合物在內的永續性汙染物。“魚類可以成為它們自身的汙染物運輸者，而食魚鳥類已知會排出汙染物，”加拿大漁業和海洋部的研究科學家羅比·麥克唐納說。“遷徙的動物不是巨大的運輸機制，但它是集中的，因為它們將汙染物帶到它們覓食和孵化幼崽的地方。”
親脂性字面意思是“喜歡脂肪”，這個術語用來描述對脂肪具有親和力並且可溶於脂肪的化學物質。具有這種特性的材料也通常是永續性的——它們是脂溶性的而不是水溶性的，這使得它們能夠抵抗環境降解。而且它們是“生物累積性的”——當它們滯留在脂肪細胞中時，它們會作為為能量儲存的脂肪儲備的一部分在植物或動物組織中積累。當動物燃燒脂肪以獲取能量時（這種情況發生在人類以及鳥類和魚類中），脂肪細胞會釋放出汙染物。
人們吸收特定親脂性化學物質的方式有很多種，這也是弄清人類接觸這些汙染物來源很棘手的原因之一。例如，人們接觸溴化阻燃劑是透過家庭灰塵，也透過他們吃的食物，這些食物的脂肪中積累了這些化學物質。在北極地區，汙染物正在聚集，而作為北方傳統飲食主食的動物體內儲存了大量脂肪，該地區的頂級掠食者，如北極熊和人類，對這些汙染物的暴露量是世界上最高的。
莫妮卡·達農-沙弗是一位化學工程師，在不列顛哥倫比亞大學工作，她正在調查這些化學物質是如何以及為什麼最終進入加拿大北極地區的水域的。
達農-沙弗為我勾勒出了一系列分子——多氯聯苯（PCBs）、多溴二苯醚（PBDEs）、幾種全氟化合物，以及另一種名為短鏈氯化石蠟（用作工業潤滑劑和塗層等）的化學物質。多氯聯苯和多溴二苯醚非常相似：都是與氯或溴原子結合的強結合碳環結構。氯化石蠟和全氟化合物也驚人地相似：兩者都由長而分支的鏈組成。這些分子很堅固，不易放棄其結構或其相關的化學活性。達農-沙弗解釋說，這些物質在抑制火焰、有效靈活或擅長抵抗水分方面之所以有效，正是它們的結構使其如此持久。這也是它們與某些重要的生物系統不相容或對其有毒的原因。
雖然這些物質在環境中很難降解，但由於它們是被新增到（混合）而非化學結合到它們所用來改性的材料中，因此最終會分離並離開成品。這也是難以追蹤這些化學物質的原因之一。首先，每種物質的確切產量並不清楚。也不知道每種產品中究竟加入了多少，更不用說預計會有多少分離出來，以及何時何地會發生這種情況。商業上使用的這些化學物質的混合物通常不是 100% 純的，因此可能含有其他合成物質，而這些合成物質也可能會從成品中脫落。此外，在環境中，許多這些有問題的合成物質會分解成更小的分子，這些分子可能比其較大的同類更持久或更毒。
檢測任何形式（氣體、液體或顆粒）中特定化學物質的方法都非常具體。雖然同一份冰、水或空氣樣本可能會產生一整套汙染物，但一種物質的檢測方法可能與另一種物質的測量方法不相容。正如加拿大環境部專門研究有害空氣汙染物的高階科學家湯姆·哈納向我解釋的那樣，“每種永續性有機汙染物都是不同且獨特的。每種化學物質都是一個不同的故事。因為每種化學物質都是獨特的，我們無法調查一系列化學物質——我們真的必須一次做一種，並研究每種化學物質的多樣化特性。”
哈納繼續說道：“我們在不應該出現這些化學物質的人類和生物群中發現了它們。其中一些化合物幾乎具有雙重性格。在一個階段，它們可以是疏水的——抵抗水，更喜歡分配或附著到脂肪上——因此會積聚在脂肪組織、土壤和植物角質層中。在其他階段，它們可以是親水的——可溶於水——並以這種方式被運輸。”換句話說，某些化合物可以跳躍、游泳和飛行，這種行為既受化學物質的結構影響，也受其周圍的物理環境和大氣條件的影響。
詢問化學物質的結構如何決定其在各種環境條件下的行為是綠色化學的先決條件。如果對多氯聯苯或多溴二苯醚提出過這樣的問題，或者如果對答案及其含義給予更多關注，它們可能就不會出現在挪威最北端峽灣巡航的鳥類中了。
摘自伊麗莎白·格羅斯曼的《追逐分子：有毒產品、人類健康和綠色化學的承諾》。© 2009 伊麗莎白·格羅斯曼。經華盛頓特區島嶼出版社許可轉載。