Znečištění rtutí v oceánu - Mercury pollution in the ocean - Wikipedia

Zdroje a chemie znečištění rtutí v oceánu[1]

Rtuť je toxický těžký kov, který cykluje atmosférou, vodou a půdou v různých formách do různých částí světa. Díky tomuto přirozenému cyklu, bez ohledu na to, která část světa uvolňuje rtuť, by to mohlo ovlivnit úplně jinou část světa, což by znečišťování rtutí stalo globálním problémem. Znečištění rtutí je nyní identifikováno jako globální problém a bylo zvýšeno povědomí o mezinárodním akčním plánu pro minimalizaci antropogenních emisí rtuti a odstranění znečištění rtutí. Globální hodnocení rtuti z roku 2002 dospělo k závěru, že „mezinárodní opatření k řešení globálního problému rtuti by neměla být odkládána“.[2] Mezi mnoha prostředími, která jsou pod vlivem znečištění rtutí, je oceán ten, který nelze opomenout, protože má schopnost působit jako „úložiště“ rtuti.[3] Podle nedávné modelové studie se celková antropogenní rtuť uvolňovaná do oceánu odhaduje na přibližně 80 000 až 45 000 metrických tun a odhaduje se, že dvě třetiny tohoto množství se nacházejí ve vodách mělčích než 1000 metrů, kde žije mnoho konzumních ryb.[4] Rtuť se může biologicky akumulovat v mořských potravinových řetězcích ve formě vysoce toxických látek methyl rtuť což může způsobit zdravotní rizika pro lidské spotřebitele mořských plodů.[5][6] Podle statistik pochází asi 66% celosvětové spotřeby ryb z oceánu. Proto je důležité sledovat a regulovat hladiny oceánské rtuti, aby se zabránilo tomu, že se stále více rtuti dostane do lidské populace konzumací mořských plodů.[7][8]

Zdroje

K uvolňování rtuti dochází jak přirozenými, tak antropogenními procesy. Přírodní procesy jsou převážně geogenní, jako jsou sopečné činnosti a emise z půdy. Sopky po erupci uvolňují rtuť z podzemních nádrží. Emise půdy jsou obvykle pozorovány v oblastech blíže k deskovým tektonickým hranicím, kde jsou půdy obohaceny o minerály, jako je rumělka obsahující Sulfid rtuťnatý (HgS). Tato rtuť se uvolňuje buď přirozeným zvětráváním hornin, nebo geotermálními reakcemi.[9] Zatímco přírodní jevy představují určité procento současných emisí, samotné antropogenní emise zvýšily koncentraci rtuti v životním prostředí trojnásobně.[10] Globální hodnocení rtuti 2013 uvádí, že hlavními antropogenními zdroji emisí rtuti jsou řemeslná a těžba zlata v malém měřítku, spalování fosilních paliv a primární produkce neželezných kovů. Poměrně malým procentem také přispívají další zdroje, jako je výroba cementu, odpad ze spotřebního zboží, znečištěná místa a průmysl chloridů.[10]

Rtuť vstupuje do oceánu různými způsoby. Atmosférická depozice je největším zdrojem rtuti v oceánech. Atmosférická depozice zavádí do oceánu tři typy rtuti. Plynná elementární rtuť (Hg0) vstupuje do oceánu výměnou vzduch-voda. Anorganická rtuť (Hg2 + / HgII) a rtuť vázaná na částice (Hg (P)) vstupují mokrou a suchou depozicí. Kromě toho rtuť vstupuje do oceánu přes řeky, ústí řek, sedimenty a hydrotermální průduchy atd.[11] Tyto zdroje také uvolňují organické sloučeniny rtuti jako např Methylortuť. Jakmile jsou v oceánu, mohou podstoupit mnoho reakcí primárně seskupených jako; redoxní reakce (zisk nebo ztráta elektronů), adsorpční procesy (vazba na pevné částice), methylace a demetylace (přidání nebo odstranění methylové skupiny).[1]

Sedimentární rtuť

Rtuť může vstoupit do moří a na otevřený oceán v důsledku pohybu po proudu a opětovného ukládání kontaminovaných sedimentů z měst ústí řek.[12] Například v povrchových sedimentech a jádrech sedimentů přílivu a odlivu se vyskytuje vysoký celkový obsah Hg až 5 mg / kg a průměrně asi 2 mg / kg Řeka Mersey, Spojené království, kvůli vypouštění z historických průmyslových odvětví nacházejících se podél břehů přílivové řeky, včetně průmyslových odvětví, jako je historický průmysl chlorovaných alkálií.[12] Sedimenty podél 100 km dlouhého úseku Ústí Temže Bylo také prokázáno, že mají celkový obsah Hg až 12 mg / kg a průměrně 2 mg / kg s nejvyššími koncentracemi zjištěnými v hloubce v Londýně a okolí.[13] K postupnému a statisticky významnému poklesu obsahu sedimentárního Hg dochází na Temži v důsledku větší vzdálenosti od historických a současných bodových zdrojů, sorpce a depozice v říčních bahnách i ředění mořskými písky z jižního Severní moře.[13] Naproti tomu sedimenty vstupující do oceánu z močálových potoků východního pobřeží USA a USA mangrovy lemování Jihočínské moře obecně mají střední sedimentární Hg (<0,5 mg / kg).[14][15]

Chemie

Fotochemie rtuti na oceánských aerosolech
Mikrobiální chemické přeměny rtuti

Redukce a oxidace rtuti se většinou vyskytují blíže k vodní hladině oceánu. Ty jsou buď poháněny slunečním světlem nebo mikrobiální aktivitou. Pod UV zářením elementární rtuť oxiduje a rozpouští se přímo ve vodě oceánu nebo se váže na jiné částice. Reverzní reakce redukuje část rtuti Hg2 + na elementární rtuť Hg (0) a vrací se do atmosféry. Jemné aerosoly v atmosféře, jako jsou kapičky vody z oceánu, mohou v tomto procesu působit jako malé reakční komory, které poskytují speciální požadované reakční podmínky. Oxidace a redukce rtuti v oceánu nejsou příliš jednoduché reverzibilní reakce.[16] Níže je uvedena navrhovaná cesta oceánské aerosolové rtuťové fotochemie, která naznačuje, že k ní dochází prostřednictvím reaktivního meziproduktu:

Předpokládá se, že fotooxidace je způsobena OH. radikál a redukce je způsobena poruchami větru a povrchové vrstvy. Ve tmě pokračují redoxní reakce rtuti v důsledku mikrobiální aktivity. Biologické transformace jsou odlišné a mají nižší rychlost ve srovnání s výše uvedenými procesy řízenými slunečním zářením.[1] Anorganická rtuť Hg2 + a methylortuť mají schopnost adsorbovat se na částice. Pozitivní korelace vazby je pozorována u množství organické hmoty vs. koncentrace těchto druhů rtuti, což ukazuje, že většina z nich se váže na organickou hmotu.[17] Tento jev může určit biologickou dostupnost a toxicitu rtuti v oceánu. Část metylortuti se uvolňuje do oceánu odtokem řeky. Většina methylortuti nalezené v oceánu se však vyrábí v –situ (uvnitř samotného oceánu).[11] Metylace anorganické rtuti může nastat biotickými a abiotickými cestami. Biotické dráhy jsou však převládající. Reakce ilustrované ve zjednodušeném schématu níže jsou vlastně součástmi komplexních metabolických drah řízených enzymy, které probíhají uvnitř mikrobiálních buněk.

Při abiotických reakcích fungují huminové látky jako metylační činidla, a proto k tomuto procesu dochází na mělkých hladinách moře, kde je k dispozici rozkládající se organická hmota kombinovaná s anorganickou rtutí Hg2 + .9 Studie methylace rtuti v polárních oblastech také ukázaly pozitivní korelaci mezi methylací a obsahem chlorofylu ve vodě, které ukazují, že mohou existovat také biogenní cesty produkce metylortuti.[18] Vyrobená metylortuť se hromadí v mikrobech. Vzhledem k vysoké permeabilitě a absenci degradace methylortuti u jiných druhů, které jsou na těchto mikrobech závislé, se tato velmi toxická sloučenina biomagnifikuje prostřednictvím mořských potravinových řetězců k nejlepším predátorům. Lidská populace konzumuje mnoho druhů mořských ryb, které jsou hlavními predátory v potravinových řetězcích, což ohrožuje jejich zdraví. Proto je mimořádně důležité hledání možných řešení k minimalizaci dalších emisí rtuti a vyčištění již existujícího znečištění rtutí.

Zdravotní rizika

Znečištění oceánské rtuti představuje vážnou hrozbu pro lidské zdraví. The Agentura pro ochranu životního prostředí Spojených států (EPA) uvádí, že konzumace rtuti lidmi všech věkových skupin může mít za následek ztrátu periferního vidění, oslabení svalů, zhoršení sluchu a řeči a zhoršení koordinace pohybů.[19] Kojenci a vyvíjející se děti čelí ještě vážnějším zdravotním rizikům, protože expozice rtuti brzdí správný vývoj mozku a nervového systému, poškozuje paměť, kognitivní myšlení, jazykové schopnosti, pozornost a jemnou motoriku. Případ Minamata nemoc ke kterému došlo v Záliv Minamata „Japonsko v 50. letech prokázalo děsivé účinky expozice extrémně vysokým koncentracím rtuti.[20] Dospělí pacienti zaznamenali extrémní slinění, deformaci končetin a nevratnost dysartrie a ztráta inteligence. U dětí a plodů (vystavených rtuti konzumací kontaminovaných mořských plodů matkou), rozsáhlé mozkové léze byly pozorovány a pacienti zaznamenali závažnější účinky jako dětská mozková obrna, mentální retardace a primitivní reflexy.[20][21] Aby se zabránilo toxickým účinkům expozice rtuti, doporučuje EPA USA limit dávky rtuti 0,1 µg / kg / den.[21]

Kromě lidského zdraví je zdraví zvířat vážně ohroženo také znečištěním rtutí v oceánu. Účinky vysoké hladiny rtuti na zdraví zvířat odhalila těžká otrava rtutí v zátoce Minamata, kde mnoho zvířat vykazovalo po konzumaci kontaminovaných mořských plodů nebo absorpci rtuti z mořské vody extrémně podivné chování a vysokou úmrtnost. Populace koček v podstatě zmizela kvůli tomu, že se kočky topily v oceánu a jednoduše se zhroutily mrtvé, a stalo se samozřejmostí svědkem padání ptáků z nebe a plavání ryb v kruzích.[20]

Prevence a náprava

Syntetické korály

Vyčištění stávajícího znečištění rtutí by mohlo být zdlouhavým procesem. Přesto však existuje slibný pokračující výzkum, který přináší naději náročnému úkolu. Jeden takový výzkum je založen na nanotechnologiích. Využívá syntetizované nanočástice oxidu hlinitého (Al2O3) napodobující korálové struktury. Tyto struktury účinně absorbují toxiny těžkých kovů díky vysokému poměru povrch / objem a kvalitě povrchu. V přírodě bylo dlouho pozorováno, že korály mohou díky své povrchové struktuře absorbovat ionty těžkých kovů, a tato nová technika používala nanotechnologie k vytváření „syntetických korálů“, které mohou pomoci vyčistit rtuť v oceánu.[22][23] Reakce spojené se syntézou tohoto materiálu jsou;

Další nový materiál (patentová přihláška: PCT / US15 / 55205) je stále předmětem šetření, které zkoumá možnost čištění znečištění rtutí za použití pomerančových slupek jako suroviny. Tato technologie vyrábí polysulfid síry a limonenu (navrhovaný materiál) pomocí síry a limonenu. Použití průmyslových vedlejších produktů k výrobě tohoto polymeru z něj činí vysoce udržitelný přístup. Vědci tvrdí, že 50% obsahu rtuti lze snížit pomocí jediného ošetření pomocí tohoto polymeru.[24]

Kromě čisticích procesů jsou důkladným přístupem ke snížení emisí rtuti v dlouhodobém horizontu také minimalizace využití uhelné energie a přechod na čistší zdroje energie, omezení drobného těžby zlata, řádné zacházení s průmyslovým odpadem rtuti a provádění politik. měřítkový plán. Pro dosažení tohoto cíle je rozhodující povědomí veřejnosti. Správná likvidace předmětů obsahujících rtuť, jako jsou obaly na léčivé přípravky a teploměry, používání žárovek a baterií bez obsahu rtuti, nákup spotřebních výrobků s nulovými nebo minimálními emisemi rtuti do životního prostředí může významně ovlivnit zotavení světových ekosystémů po znečištění rtutí a zanechat minimální dědictví rtuti znečištění oceánu pro naše budoucí generace.

Viz také

Reference

  1. ^ A b C Batrakova, N., Travnikov, O. a Rozovskaya, O. (2014) „Chemické a fyzikální transformace rtuti v oceánu: přehled“. Ocean Science, 10 (6): 1047–1063. doi:10.5194 / os-10-1047-2014
  2. ^ 1. Program OSN pro životní prostředí (UNEP), Globální hodnocení rtuti, (Ženeva, 2002). http://www.unep.org/gc/gc22/Document/UNEP-GC22-INF3.pdf (10/22/2015)
  3. ^ http://www.livescience.com/47222-deep-ocean-traps-mercury-pollution.html (09/2015)
  4. ^ Lamborg, C.H .; Hammerschmidt, C.R .; Bowman, K.L .; Swarr, G. J.; Munson, K.M .; Ohnemus, D.C .; Lam, P.J .; Heimburger, L.E .; Rijkenberg, M. J. A.; Saito, M.A. Globální oceánský inventář antropogenní rtuti na základě měření ve vodním sloupci. Nature [Online] 2014, 512, 65 - 68
  5. ^ Weiner, J.G .; Krabbenhoft, D.P .; Heinz, G.H .; Scheuhammer, A.M .; In Ekotoxikologie rtuti, 2. vydání, Eds; CRC: Boca Ranton, FL, 2003; ch 16
  6. ^ Clarkson, T. W.; Magos, L .; Toxikologie rtuti a jejích chemických sloučenin. Crit.Rev.Toxicol. 2006, 36 (8), 609
  7. ^ http://www.fao.org/3/a-i4883e.pdf (10/25/2015)
  8. ^ http://www.fao.org/3/a-i4899e.pdf (10/25/2015)
  9. ^ Selin, N.E .; Global Biogeochemical Cycling of Mercury: A Review. Annu. Rev. Environ. Resour. 2009, 34, 43 - 63
  10. ^ A b Program OSN pro životní prostředí (UNEP), globální hodnocení rtuti: zdroje, emise, úniky a environmentální doprava (Ženeva, 2013)
  11. ^ A b Mason, R.P .; Choi, A.L .; Fitzgerald, W.F .; Hammerschmidt, C.R .; Lamborg, C.H .; Soerensen, A.L .; Sunderland, E.M. Rtuťová biogeochemická cyklistika v oceánu a politické důsledky. Environ. Res. 2012, 119, 101-117
  12. ^ A b Vane, C.H .; Jones, D.G .; Lister, T.R. (2009). „Kontaminace rtutí v povrchových sedimentech a jádrech sedimentů v ústí řeky Mersey ve Velké Británii“ (PDF). Bulletin o znečištění moří. 58 (6): 940–946. doi:10.1016 / j.marpolbul.2009.03.006. ISSN  0025-326X. PMID  19356771.
  13. ^ A b Vane, Christopher H .; Beriro, Darren J .; Turner, Grenville H. (2015). „Vzestup a pokles znečištění rtutí (Hg) v sedimentárních jádrech ústí řeky Temže, Londýn, Velká Británie“. Transakce vědy o Zemi a životním prostředí Královské společnosti v Edinburghu. 105 (4): 285–296. doi:10.1017 / S1755691015000158. ISSN  1755-6910.
  14. ^ Vane, C.H .; Harrison, I .; Kim, A.W .; Moss-Hayes, V .; Vickers, B.P .; Horton, B.P. (2008). „Status of organic pollutants in surface sediment of Barnegat Bay-Little Egg Harbor Estuary, New Jersey, USA“ (PDF). Bulletin o znečištění moří. 56 (10): 1802–1808. doi:10.1016 / j.marpolbul.2008.07.004. ISSN  0025-326X. PMID  18715597.
  15. ^ Vane, C.H .; Harrison, I .; Kim, A.W .; Moss-Hayes, V .; Vickers, B.P .; Hong, K. (2009). „Organická a kovová kontaminace v povrchových mangrovových sedimentech jižní Číny“ (PDF). Bulletin o znečištění moří. 58 (1): 134–144. doi:10.1016 / j.marpolbul.2008.09.024. ISSN  0025-326X. PMID  18990413.
  16. ^ Qureshi, A .; O’Driscoll, N.J .; MacLeod, M .; Neuhold, Y.M .; Hungerbuhler, K. Fotoreakce rtuti v povrchové oceánské vodě: Kinetika hrubé reakce a možné dráhy. Environ. Sci. Technol., 2010, 44 (2), 644 - 649
  17. ^ 13. Boszke, L .; Glosinska, G .; Siepak, J .; Některé aspekty speciace rtuti ve vodním prostředí. Pol. J. Environ. Stud. 2002, 11 (4), 285 - 298
  18. ^ Kirk, J.L .; Lehnherr, I .; Anderson, M .; Braune, B.M .; Chan, L .; Dastoor, A.P .; Dunford, D .; Gleason, A.L .; Loseto, L.L .; Steffen, A .; St. Louis, V.L .; Rtuť v arktických mořských ekosystémech: zdroje, cesty a expozice. Environ. Res. 2012, 119, 64 -87 Degradace dimethyl rtuti také produkuje část oceánu přítomného methyl rtuti.
  19. ^ United States Environmental Protection Agency (EPA) (03.09.2015). „Vlivy expozice rtuti na zdraví“. EPA. Citováno 28. listopadu 2017.
  20. ^ A b C Harada, Masazumi (1995). „Minamata Disease: Methylrtuti Otrava v Japonsku způsobená znečištěním životního prostředí“. Kritické recenze v toxikologii. 25:1 (1): 1–24. doi:10.3109/10408449509089885. PMID  7734058.
  21. ^ A b Beckers, F., Rinklebe, J. (2017). „Cyklování rtuti v životním prostředí: Zdroje, osud a důsledky pro lidské zdraví: Přehled“. Kritické recenze v environmentální vědě a technologii. 47:9 (9): 693–794. doi:10.1080/10643389.2017.1326277.
  22. ^ X. Wang a kol. / J. Colloid Interface Sci., 2015, 453, str. 244-251
  23. ^ http://webnesday.com/this-fake-coral-sucks-up-mercury-pollution-for-a-cleaner-ocean/ (Září 2015)
  24. ^ https://theconversation.com/we-created-a-new-material-from-orange-peel-that-can-clean-up-mercury-pollution-49355 (10/25/2015)