编者注：以下摘自伊丽莎白·格罗斯曼的书籍《追逐分子》。
即使距离最近的工业或农业活动数百英里，海冰、海洋以及北极的植物和动物也经常出现元素和合成化学物质污染的证据。这种污染不仅包括除草剂、杀菌剂和杀虫剂——这些化学物质在露天使用，可能直接冲入河流或从工厂释放——还包括金属，其中有汞以及阻燃剂和防水剂，以及其他物质，至少在理论上，这些物质被融入到它们旨在增强的产品材料中。
例如，目前在北极经常发现的错误化合物包括溴化阻燃剂，其中包括广泛用于软垫泡沫、纺织品和塑料中的 PBDE（多溴二苯醚）。在遥远的北方也经常记录到全氟化合物 (PFC) 的存在，有些含量非常高，全氟化合物用作防污剂、防水剂和工业表面活性剂（想想 Scotch-guard、Teflon、Gore-Tex 以及用于食品包装（如披萨盒、糖果包装纸和微波炉爆米花袋）的纸张上的光滑涂层）。
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这些相同的化合物现在也在世界各地的动物和人体中检测到。一个由 40 多个采样点组成的网络发现了合成化学物质的证据，这些化学物质不会分解成无毒成分——农药、化石燃料排放物和工业化合物的混合物——几乎在它所观察到的任何地方都有，从南极洲、北美、澳大利亚和非洲到冰岛。最近在美国西部和阿拉斯加的美国国家公园进行的一项为期五年的研究发现，在大多数雪、土壤、水、植物和鱼类样本中都存在这些相同的污染物。
尚不清楚第一批持久性合成化学污染物何时到达北极，但自 20 世纪 60 年代以来，那里已定期检测到这种污染。“每个人都认为北极是原始的，所以我们在顶级捕食者中发现如此高的污染物水平时感到震惊，”加拿大渔业和海洋部的高级科学家加里·斯特恩说。但“在中纬度地区释放的任何东西都会迅速向北传播。”
持久性合成化学物质通常被称为“持久性有机污染物”，简称 POP。以这种方式使用，“有机”是指该化合物含有一个或多个碳原子，并非所有有机化合物都有毒或持久。
公众对滴滴涕、多氯联苯和二噁英等持久性有机污染物的认识正在不断提高。到 2001 年，对持久性有机污染物对环境和健康的影响的担忧已足够促使联合国环境规划署制定了一项名为《斯德哥尔摩公约》的条约，旨在减少这些化学物质的使用和释放。管理《斯德哥尔摩公约》的组织写道：“接触持久性有机污染物 (POP) 会导致严重的健康影响，”包括某些癌症、出生缺陷、免疫和生殖系统功能障碍、对疾病的易感性增加，甚至智力下降。（美国已签署《斯德哥尔摩公约》，但截至 2009 年尚未批准，因此尚未全面参与其会议和决策，其化学物质的使用尚未正式受《公约》法规的约束。）
通过在多个研究地点长期采样，科学家们发现一些污染物完全通过空气传播——多伦多大学的弗兰克·瓦尼亚称之为飞行者。一些污染物——游泳者——停留在水中，随着洋流循环。但大多数是跳跃者；它们以所谓的“蚱蜢效应”的方式向北移动，这是一系列空气和水传播的跳跃，随着蒸发和冷凝的周期性和季节性模式向北极移动。
“化学物质有几种存在于大气中的方式，”瓦尼亚解释说。根据温度和天气条件，以及构成该分子的尺寸、形状和元素，同一物质可以以溶解在水中、气体或颗粒的形式存在。分子越小，通常挥发性越强，因此更有可能作为气体被大气流带走。这些气相分子——飞行者——可以以每秒数米的速度移动，在几天或几周内从其起源地到达北极等偏远地区。在另一极端，水传播的游泳者可能需要数年才能到达同一目的地。
跳跃者是可以在气相、液相和颗粒相之间移动的中等尺寸分子，它们在最初释放后可能需要几天、几周甚至几年才能到达北极。这些跳跃者可能存在于液态水中，但随着温度升高，它们会蒸发为气相，然后在温度降低时冷凝并返回水中。它们将一次又一次地重复这个循环，随着每日和季节性的升温和降温模式上升和下降——或跳跃。许多持久性化学物质就是这样随着云层和降水移动，因为风暴系统和洋流环绕地球，这就是为什么温度如此强烈地影响污染物如何以及在何处传播。
“持久性和流动性是使某些物质变得麻烦的原因，”瓦尼亚说。“要证明毒性是一个非常困难、费力且耗时的过程，等你有了证据可能为时已晚。”如果一种物质“持久、高度流动且无法控制，你就会遇到一个无法纠正的问题。”
影响持久性污染物移动和沉积的另一个主要因素是降水。简而言之，雨或雪下得越多，这些污染物就越有可能从云层中冲刷出来并沉积在陆地、湖泊、河流和海洋中。在最近的一篇论文中，瓦尼亚和同事托尔斯滕·迈耶指出，“受降雨率变化影响的真实物质包括林丹、艾氏剂[两者都是剧毒且持久的农药]、高氯化多氯联苯、多溴二苯醚和一些目前使用的农药。”当温度较高时，更多这些物质会倾向于再次蒸发并加入云层，然后从那里开始冷凝和降水的循环。当以气溶胶形式存在时，污染物甚至可能会加速降水，因为水滴会聚在微小的固体周围。
任何影响大气和海洋环流的因素显然在环境漫游持久性污染物的最终去向上起着重要作用。被称为环流和振荡的大型半球风和海洋模式都起着作用，更局部的风暴系统和洋流也是如此。“这些路线似乎都迫使在欧洲释放的污染物到达北极，”加拿大环境部负责水生生态系统研究的高级科学家、专门研究污染物的德里克·缪尔解释说。“想想切尔诺贝利，”缪尔用一个例子来说明。“那里的放射性最终到达了斯堪的纳维亚西部，那里的许多驯鹿因此被牺牲。其他污染物也沿着从俄罗斯向北的同一路径移动。”
一旦污染物到达遥远的北方，会发生什么很大程度上取决于是否有冰。冰通常会稳定污染物并将其固定在原处，直到温度升高到足以开始融化时才会再次释放。缪尔将格陵兰岛描述为“一块 3000 米或更厚的冰块”，它似乎既是北极的污染物来源，也是一个汇。
在格陵兰岛的东侧以及横跨格陵兰海的遥远的挪威斯瓦尔巴群岛上，一直延伸到北纬 80 度——在来自格陵兰岛和欧洲大陆的空气和水流的路径上——发现多氯联苯、多溴二苯醚和全氟化合物的含量特别高。缪尔说，斯瓦尔巴群岛的北极熊的污染物含量高于格陵兰岛西部或加拿大北极地区的北极熊，这主要是由于融化增加所致。
当污染物在北大西洋湾流的范围内释放或被也向东吹的北部气流捕获时，北美污染物也可以跨越大西洋向欧洲输送。同样，气团可能会从亚洲沿着东北方向穿过太平洋到达北美。由于跨太平洋气流，中国释放的污染物会穿过北太平洋，并在日本和韩国造成当地空气污染的健康问题。来自中国的沙尘在短短四天内即可到达加利福尼亚州，并为洛杉矶雾霾的形成做出定期贡献。
某些污染物（那些更重且挥发性较低的污染物）的化学性质导致它们从大气中落入北太平洋，在那里它们可能会缓慢地在水中移动或被鱼类和海洋哺乳动物吸收。在过去十年中，在太平洋沿岸的鱼类、海豹、鲸鱼和食鱼鸟类中，一直发现包括多氯联苯、溴化阻燃剂和全氟化合物在内的持久性污染物。“鱼类可以成为它们自身的污染物运输者，而食鱼鸟类已知会排出污染物，”加拿大渔业和海洋部的研究科学家罗比·麦克唐纳说。“迁徙的动物不是巨大的运输机制，但它是集中的，因为它们将污染物带到它们觅食和孵化幼崽的地方。”
亲脂性字面意思是“喜欢脂肪”，这个术语用来描述对脂肪具有亲和力并且可溶于脂肪的化学物质。具有这种特性的材料也通常是持久性的——它们是脂溶性的而不是水溶性的，这使得它们能够抵抗环境降解。而且它们是“生物累积性的”——当它们滞留在脂肪细胞中时，它们会作为为能量储存的脂肪储备的一部分在植物或动物组织中积累。当动物燃烧脂肪以获取能量时（这种情况发生在人类以及鸟类和鱼类中），脂肪细胞会释放出污染物。
人们吸收特定亲脂性化学物质的方式有很多种，这也是弄清人类接触这些污染物来源很棘手的原因之一。例如，人们接触溴化阻燃剂是通过家庭灰尘，也通过他们吃的食物，这些食物的脂肪中积累了这些化学物质。在北极地区，污染物正在聚集，而作为北方传统饮食主食的动物体内储存了大量脂肪，该地区的顶级掠食者，如北极熊和人类，对这些污染物的暴露量是世界上最高的。
莫妮卡·达农-沙弗是一位化学工程师，在不列颠哥伦比亚大学工作，她正在调查这些化学物质是如何以及为什么最终进入加拿大北极地区的水域的。
达农-沙弗为我勾勒出了一系列分子——多氯联苯（PCBs）、多溴二苯醚（PBDEs）、几种全氟化合物，以及另一种名为短链氯化石蜡（用作工业润滑剂和涂层等）的化学物质。多氯联苯和多溴二苯醚非常相似：都是与氯或溴原子结合的强结合碳环结构。氯化石蜡和全氟化合物也惊人地相似：两者都由长而分支的链组成。这些分子很坚固，不易放弃其结构或其相关的化学活性。达农-沙弗解释说，这些物质在抑制火焰、有效灵活或擅长抵抗水分方面之所以有效，正是它们的结构使其如此持久。这也是它们与某些重要的生物系统不兼容或对其有毒的原因。
虽然这些物质在环境中很难降解，但由于它们是被添加到（混合）而非化学结合到它们所用来改性的材料中，因此最终会分离并离开成品。这也是难以追踪这些化学物质的原因之一。首先，每种物质的确切产量并不清楚。也不知道每种产品中究竟加入了多少，更不用说预计会有多少分离出来，以及何时何地会发生这种情况。商业上使用的这些化学物质的混合物通常不是 100% 纯的，因此可能含有其他合成物质，而这些合成物质也可能会从成品中脱落。此外，在环境中，许多这些有问题的合成物质会分解成更小的分子，这些分子可能比其较大的同类更持久或更毒。
检测任何形式（气体、液体或颗粒）中特定化学物质的方法都非常具体。虽然同一份冰、水或空气样本可能会产生一整套污染物，但一种物质的检测方法可能与另一种物质的测量方法不兼容。正如加拿大环境部专门研究有害空气污染物的高级科学家汤姆·哈纳向我解释的那样，“每种持久性有机污染物都是不同且独特的。每种化学物质都是一个不同的故事。因为每种化学物质都是独特的，我们无法调查一系列化学物质——我们真的必须一次做一种，并研究每种化学物质的多样化特性。”
哈纳继续说道：“我们在不应该出现这些化学物质的人类和生物群中发现了它们。其中一些化合物几乎具有双重性格。在一个阶段，它们可以是疏水的——抵抗水，更喜欢分配或附着到脂肪上——因此会积聚在脂肪组织、土壤和植物角质层中。在其他阶段，它们可以是亲水的——可溶于水——并以这种方式被运输。”换句话说，某些化合物可以跳跃、游泳和飞行，这种行为既受化学物质的结构影响，也受其周围的物理环境和大气条件的影响。
询问化学物质的结构如何决定其在各种环境条件下的行为是绿色化学的先决条件。如果对多氯联苯或多溴二苯醚提出过这样的问题，或者如果对答案及其含义给予更多关注，它们可能就不会出现在挪威最北端峡湾巡航的鸟类中了。
摘自伊丽莎白·格罗斯曼的《追逐分子：有毒产品、人类健康和绿色化学的承诺》。© 2009 伊丽莎白·格罗斯曼。经华盛顿特区岛屿出版社许可转载。