汞穩定同位素組成特征經常被稱為汞的生物地球化學指紋譜,因為它就像指紋一樣,能夠示蹤汞的來源以及參與的特殊反應。
我們知道,原子是由原子核和核外電子組成的,其中原子核由一定數量的質子和中子構成。同位素則是具有相同的質子數,但是中子數不同的原子。汞在自然界中有7種穩定同位素,分別為196Hg,198Hg,199Hg,200Hg,201Hg,202Hg,204Hg。汞在自然界中不同的端元中表現出明顯不同的汞同位素特征,使得我們能夠利用汞同位素有效地指示汞的來源。
例如,植被根系的汞同位素非質量分餾的指紋特征繼承了土壤剖面中的汞同位素分餾指紋特征,而明顯不同于地上部分(樹干、樹葉等),就證明了植被根系中的汞主要來源于土壤,而并非來自于地上組織的傳遞。
植被根系的生物量巨大,能夠占到植被整體的22%,不僅對植物起著支撐的作用,且在植物體的物質運輸中起著重要的作用。之前有觀點認為,葉片吸收的大氣汞可能向下運輸到植物的根系。因此,植被根系可能是大氣汞重要的匯。
而中科院地球化學研究所最新的研究證實,植被根系主要通過細根根皮吸收土壤溶液中的汞離子,一部分汞能夠從根皮轉移到根的中柱,這就使得根皮的汞濃度大概是根中柱的6~10倍,也使得細根中的汞濃度明顯大于粗根的汞濃度。根中被吸收的汞沿著導管的向上的遷移過程極弱,這就使得表層的根汞濃度明顯高于底層汞濃度。
另外,根系的死亡能夠導致根系吸收的汞重新釋放回土壤,這對于植物而言是一種解毒機制,對于土壤而言能夠造成根際土汞濃度的富集。