第一章 緒論
1.3 大氣汞的化學及循環
汞在大氣中的存在物種主要有：氣態元素汞（gaseous elemental mercury, GEM, Hg0）、活性氣態汞（reactive gaseous mercury, RGM, HgII）以及吸附在大氣 懸浮微粒上的顆粒汞（particulate-associated mercury, PM），其中氣態二價汞，因 為活性大反應性高，在大氣中易與氣相中的物質及顆粒微粒反應且溶於水，故又 稱為活性氣態汞（RGM），其中以 GEM 是大氣中的主要物種（>95％）(圖 1.4，
Lin and Peng, 1999)，RGM 及 PM 僅佔幾個百分比（Lindqvist, 1985; Lamborg et al., 1995），不過在污染的排放源附近，大氣的 RGM 及 PM 濃度會升高，其濃 度可達總濃度的10～40％（Carpi 1997；Streets et al., 2005）。
一般來說，PM 可藉由乾、濕沈降被移除，濕沉降能有效率清除大氣的含 汞膠體顆粒；乾沈降則與大氣中濃度和顆粒粒徑大小有關，因粒徑的大小不同，
滯留時間從數天到數週不等，多半沈降在排放源附近，因此較不易形成全球性的 污染。RGM 物種的化學形式較不清楚，通常認為是 HgCl2 或其他鹵化物，其表
面活性大且溶解度高，所以它比 PM 更容易經由乾、溼沈降移除，滯留時間比
PM 更短，因此也不被認為是全球性長程傳輸的物種。
GEM 在大氣中較穩定，其溶解度低，故濕沈降不高，且一般認為乾沈降速 率小，所以滯留時間長達6 個月到 2 年（Slemr et al., 1992），使得 Hg0 可在大 氣的長程傳輸中均勻混合。GEM 的滯留時間長，所以容易經由長程傳輸形成全 球性的污染，甚至南、北極區也不例外（Seigneur et al.,2004 ; Bargagli et al., 2005;
Fitzgerald et al., 2005）。RGM 與 PM 雖然滯留期短，但是也有可能藉由季風、
高低氣壓系統及沙塵暴等氣候現象被搬運至其他鄰近或遠洋區域，其搬運距離亦 可達數千公里（Graney et al., 2004; Jaffe et al., 2005; Swartzendruber et al., 2006）。
在亞洲地區，中國工業迅速發展情況下，汞及其他污染物也會隨著這些自然的物 質傳輸，而向外做遠距離傳輸（Perry et al., 1999; Liang et al.,2004; Hsu et al., 2005;
Weiss-Penzias et al.,2006）。
圖 1.4 大氣中不同類型汞的含量比例 (Lin and Peng, 1999)
汞主要係以GEM 方式排放到大氣中，並且被氧化而生成 RGM。根據 RGM 濃度的晝夜變化 (Laurier and Mason, 2007)可以推斷出，該氧化過程伴隨光化學
過程。但直到現在人們仍然不能確定主要是哪些物質氧化 GEM。在常用的模型
中，人們認為主要是大氣中的臭氧（O3）和氫氧根自由基（•OH）將 GEM 氧化 而生成 RGM ( Shia et al., 1999; Seigneur et al., 2006; Lindberg et al., 2007;
Holmes et al., 2009 )。但最近的熱力學和動力學研究結果說明，在大氣中，該反 應非常緩慢 ( Calvert and Lindberg, 2005; Hynes et al., 2008)。而研究說明，Br 原 子能促使GEM 迅速的氧化，而使得大氣中的 GEM 含量很快降低 ( Goodsite et al., 2004; Brooks et al., 2006; Tackett et al., 2007)。因此現在有學者提出，對流層中的 Br 原子，可能是導致大氣中的 GEM 迅速氧化為 RGM 的主要因素( Holmes et al., 2006)。
氧化生成的RGM 一部分透過乾沉降方式降到地面；而另一部分會進入到雲 層中，因為其反應活性以及很高的溶解度，RGM 進入雲氣的液相中，並隨著降
雨透過濕沉降方式重新回到地面。在降雨的過程中，懸浮於空氣中的PM 也會隨 著降雨來到地面 ( Iverfeldt, 1991; Pirrone et al., 1996; Lin and Peng, 1999)。在地面 或水體中，這些RGM 進入水體後有一部分會透過生物過程（微生物的酶催化）
(Mason et al., 1995)以及非生物過程 ( Allard and Arsenie, 1991; Xiao et al., 1995 ; Costa and Liss, 1999) 被還原為零價之元素汞(Hg0)。並導致 GEM 在自然界的水 中過飽和，進而推動汞從水面排放到大氣中去 (Schroeder and Munthe, 1998)。在 特定條件下，水和沉積物中的汞可以被轉化為甲基汞(Mauro et al., 2002)，該化合 物很容易在生物體內累積，並且透過食物鏈的傳導，最終為人類，所吸收 (Gardfeldt et al., 2003)。