北極地區可能看起來是原始、與世隔絕的冰凍土地。但人類汙染甚至已經到達這個世界的偏遠角落——世界自然基金會稱之為“地球的化學物質彙集地”。現在研究人員發現，自 20 世紀 90 年代以來，一種幾乎堅不可摧的化學物質一直在該地區積聚。科學家表示，這些“永久化學物”無疑正在全球範圍內增長。而且，對人類和生態系統健康的潛在影響尚未完全可知。
這個問題反常地始於為解決另一個環境問題所做的努力：臭氧層空洞。根據 1987 年的《蒙特利爾議定書》，各國同意逐步淘汰破壞臭氧層的化學物質，即氯氟烴 (CFC)。但工業界需要一些東西來替代這些物質，這些物質被廣泛用於從冰箱到髮膠等各種產品中。製造商轉向了氫氯氟烴 (HCFC) 和氫氟烴 (HFC) 等化學品。
然而，當這些替代品升入大氣層時，它們會與其他化學物質反應，形成幾種被稱為短鏈全氟烷基羧酸 (scPFCAs) 的物質。然後，這些化合物會降落並沉積在地表。由於這個過程，自 20 世紀 90 年代初以來，科學家們就懷疑 scPFCAs 會在環境中增加。但直到現在，研究人員還沒有足夠的資料來了解它們隨時間推移發生的情況。“我們理論上知道這將會發生。但我們不知道它在真實環境中發生的程度，”多倫多約克大學的化學助理教授科拉·楊說。
支援科學新聞報道
如果您喜歡這篇文章，請考慮支援我們屢獲殊榮的新聞報道，方式是 訂閱。透過購買訂閱，您正在幫助確保關於塑造我們今天世界的發現和想法的有影響力的故事的未來。
為了瞭解 scPFCAs 是否在《蒙特利爾議定書》生效後開始積累，楊和她的同事從加拿大北極地區的兩個地點採集了冰芯樣本。這些樣本可以充當時間膠囊，記錄從大氣中降落並被包裹在逐年積累的冰層中的化學物質。冰芯的深度意味著它們涵蓋了數十年：一個包含 38 年的冰，另一個包含 50 年。
透過分析，楊和她的同事發現，北極地區 scPFCAs 的含量顯著增加，從 1990 年左右開始——恰好是《蒙特利爾議定書》生效的時候。例如，她說，對於他們研究的其中一種 scPFCAs，現在每年沉積在北極地區的量是條約生效前的 10 倍。透過計算機建模和比較化學品生產趨勢，該團隊還得出結論，CFC 的替代化學品要麼是這種增加的唯一原因，要麼是其主要來源之一。（研究人員發現，生產不粘鍋等產品化學品的氟聚合物工業是 scPFCAs 的另一個來源。）他們的研究結果於 4 月發表在地球物理研究快報上。
楊指出，即使這項研究僅檢查了北極冰芯，scPFCAs 也不可避免地存在於地球各地的環境中。這種情況是因為它們的前體——替代化學品——遍佈全球大氣層，與它們反應的化學品也是如此。“如果我們在北極地區看到 [scPFCAs] 的積累，那就意味著它們正在各地積累，”楊說。這種積累可能存在問題，因為 scPFCAs 是非常持久的化學物質。“它們的特點是碳-氟鍵，這是可以形成的最強的單鍵，”她解釋說。“這些鍵非常牢固，以至於實際上沒有任何環境過程可以分解它們。”楊說，任何在環境中積累的 scPFCAs 都將存在數千年。
對於研究中研究的 scPFCAs 的潛在毒性存在一些分歧。一些專家表示，除非達到遠高於目前環境中存在的量，否則它們對生物體不會構成危害。“就我們目前所知，它們在觀察到的水平上沒有毒性，也不會在野生動物或人類中生物累積 [能夠積聚起來]，”斯德哥爾摩大學環境有機化學教授伊恩·庫辛斯說，他沒有參與楊的論文。“因此，除非它們積累到更高的水平，否則它們不太可能對人類或其他生物體造成任何毒性影響。”但他確實指出，研究人員未來可能會發現關於其毒性的新東西。化學工業代表表示，至少該研究中確定的一種 scPFCAs，稱為三氟乙酸 (TFA)，沒有問題。“之前的科學研究表明，TFA [對] 食物鏈中較高等級的生物體（包括人類）的風險可忽略不計，”歐洲氟碳技術委員會 (EFCTC) 在給大眾科學的一份宣告中寫道，該委員會代表歐洲的氟碳製造商。“它們不會在水生生物中生物富集，也不會在食物鏈中生物放大。” EFCTC 確實稱這項研究“總體上是可靠的”。
其他專家認為，還沒有進行足夠的研究來真正瞭解 scPFCAs 是否可能具有毒性——特別是，在低劑量、慢性暴露水平下。“如果 [這些化學物質] 在環境中長期存在，人類和生物體將持續暴露，”東卡羅萊納大學布羅迪醫學院藥理學和毒理學副教授傑米·德維特說，他沒有參與 4 月份的研究。“問題是：環境中的低濃度，加上持續的暴露，是否足以壓垮身體併產生毒性？這是未知的。”缺乏這些資訊是因為這些型別的研究非常難以進行。南卡羅來納大學的環境化學家約翰·費裡也沒有參與楊最近的研究，他同意 scPFCAs 的潛在影響尚未完全可知。“今天的研究不一定顯示出任何東西——很難說這到底有多重要，”他說。“即使今天未知某種影響，[這] 並不意味著明天仍然未知。”
最終，大多數專家似乎都同意 scPFCAs 的極端永續性令人擔憂。“我認為釋放這些永遠不會降解的物質不是一個好主意，”庫辛斯說。“你可以肯定，如果你繼續釋放它們，遲早會產生有問題的影響。然後你必須等待很長時間才能使這種影響停止，因為你無法逆轉汙染。”