Загрязнение океана ртутью - Википедия - Mercury pollution in the ocean

Источники и химический состав ртутного загрязнения океана[1]

Меркурий представляет собой токсичный тяжелый металл, который циркулирует в атмосфере, воде и почве в различных формах в разные части мира. Из-за этого естественного цикла, независимо от того, в какой части мира выделяется ртуть, он может повлиять на совершенно другую часть мира, сделав загрязнение ртутью глобальной проблемой. Загрязнение ртутью теперь определено как глобальная проблема, и повысилась осведомленность о международном плане действий по минимизации антропогенных выбросов ртути и очистке от ртутного загрязнения. В «Глобальной оценке ртути» 2002 года сделан вывод о том, что «нельзя откладывать международные действия по решению глобальной проблемы ртути».[2] Среди многих сред, которые находятся под воздействием загрязнения ртутью, океан - это та среда, которой нельзя пренебрегать, поскольку он может действовать как «кладовая» для ртути.[3] Согласно недавнему модельному исследованию, общее количество антропогенной ртути, выбрасываемой в океан, оценивается примерно в 80 000–45 000 метрических тонн, и две трети этого количества, по оценкам, находятся в водах на глубине менее 1000 м, где обитает много съедобной рыбы.[4] Ртуть может накапливаться в морских пищевых цепях в виде высокотоксичных веществ. метилртуть которые могут представлять опасность для здоровья потребителей морепродуктов.[5][6] По статистике, около 66% мирового потребления рыбы приходится на океан. Следовательно, важно отслеживать и регулировать уровни ртути в океане, чтобы предотвратить попадание все большего и большего количества ртути в человеческое население через потребление морепродуктов.[7][8]

Источники

Выброс ртути происходит как в результате естественных, так и антропогенных процессов. Природные процессы в основном геогенные, такие как вулканическая деятельность и выбросы почвы через почву. При извержении вулканы выделяют ртуть из подземных резервуаров. Выбросы в почву обычно наблюдаются в регионах ближе к тектоническим границам плит, где почвы обогащены такими минералами, как киноварь, содержащие Сульфид ртути (HgS). Эта ртуть выделяется в результате естественного выветривания горных пород или геотермальных реакций.[9] Хотя на природные явления приходится определенный процент современных выбросов, одни только антропогенные выбросы увеличили концентрацию ртути в окружающей среде в три раза.[10] В Global Mercury Assessment 2013 говорится, что основными антропогенными источниками выбросов ртути являются кустарная и мелкомасштабная золотодобыча, сжигание ископаемого топлива и первичное производство цветных металлов. Другие источники, такие как производство цемента, отходы потребительских товаров, загрязненные участки и хлорщелочная промышленность, также вносят свой вклад в относительно небольших процентах.[10]

Меркурий попадает в океан по-разному. Атмосферные выпадения являются крупнейшим источником ртути в океанах. Атмосферное выпадение приносит в океан три типа ртути. Газообразная элементарная ртуть (Hg0) попадает в океан в результате обмена воздух-вода. Неорганическая ртуть (Hg2 + / HgII) и ртуть, связанная с частицами (Hg (P)), проникают через влажное и сухое осаждение. Кроме того, ртуть попадает в океан через реки, эстуарии, отложения, гидротермальные источники и т. Д.[11] Эти источники также выделяют органические соединения ртути, такие как Метил ртуть. Оказавшись в океане, они могут подвергнуться множеству реакций, в первую очередь сгруппированных как; окислительно-восстановительные реакции (получение или потеря электронов), процессы адсорбции (связывание с твердыми частицами), метилирование и деметилирование (добавление или удаление метильной группы).[1]

Осадочная ртуть

Ртуть может попадать в моря и открытый океан в результате движения вниз по течению и повторного осаждения загрязненных отложений из городских районов. эстуарии.[12] Например, высокое общее содержание Hg до 5 мг / кг и в среднем около 2 мг / кг встречается в поверхностных отложениях и кернах отложений приливных отложений. Река Мерси, Великобритания, из-за сбросов из исторических производств, расположенных вдоль берегов приливной реки, включая такие отрасли, как историческая хлорно-щелочная промышленность.[12] Осадки на 100-километровом участке Устье Темзы также было показано, что общее содержание ртути достигает 12 мг / кг и в среднем составляет 2 мг / кг, а самые высокие концентрации обнаруживаются на глубине в Лондоне и его окрестностях.[13] Постепенное и статистически значимое снижение содержания ртути в осадках в Темзе происходит в результате большего расстояния от исторических и нынешних точечных источников, сорбции и отложения в реке грязевых участков, а также разбавления морскими песками с юга. Северное море.[13] В отличие от осадков, поступающих в океан из болотных ручьев Восточного побережья США и мангровые заросли окаймляя Южно-Китайское море обычно содержат умеренную осадочную ртуть (<0,5 мг / кг).[14][15]

Химия

Фотохимия ртути на океанических аэрозолях
Микробные химические превращения ртути

Восстановление и окисление ртути в основном происходит ближе к поверхности океана. Они вызваны либо солнечным светом, либо микробной активностью. Под действием УФ-излучения элементарная ртуть окисляется и растворяется непосредственно в океанской воде или связывается с другими частицами. Обратная реакция восстанавливает некоторое количество ртути Hg2 + до элементарной ртути Hg (0) и возвращается в атмосферу. Мелкодисперсные аэрозоли в атмосфере, такие как капли воды в океане, могут действовать в этом процессе как небольшие реакционные камеры, обеспечивая требуемые особые условия реакции. Окисление и восстановление ртути в океане - не очень простые обратимые реакции.[16] Ниже показан предлагаемый путь фотохимии ртути океанских аэрозолей, предполагающий, что он происходит через реактивный промежуточный продукт:

Предполагается, что фотоокисление вызвано ОН. радикальное и сокращение вызвано ветром и возмущениями поверхностного слоя. В темноте окислительно-восстановительные реакции ртути продолжаются из-за активности микробов. Биологические преобразования различны и имеют меньшую скорость по сравнению с процессами, вызванными солнечным светом, описанными выше.[1] Неорганическая ртуть Hg2 + и метилртуть обладают способностью адсорбироваться частицами. Положительная корреляция связывания наблюдается для количества органического вещества по сравнению с концентрацией этих видов ртути, показывая, что большинство из них связываются с органическими веществами.[17] Это явление может определять биодоступность и токсичность ртути в океане. Некоторое количество метилртути попадает в океан через речной сток. Однако большая часть метилртути, обнаруженной в океане, производится на месте (внутри самого океана).[11] Метилирование неорганической ртути может происходить биотическими и абиотическими путями. Однако биотические пути преобладают. Реакции, проиллюстрированные на упрощенной схеме ниже, на самом деле являются частями сложных метаболических путей, управляемых ферментами, происходящих внутри микробных клеток.

В абиотических реакциях гуминовые вещества действуют как метилирующие агенты, и поэтому этот процесс происходит на мелководье, где разлагающееся органическое вещество доступно для соединения с неорганической ртутью Hg2 + .9 Исследования метилирования ртути в полярных регионах также показали положительную корреляцию между метилированием и содержанием хлорофилла. в воде, что указывает на возможность существования биогенных путей производства метилртути.[18] Образовавшаяся метилртуть накапливается в микробах. Из-за высокой проницаемости и отсутствия разложения метилртути у других видов, зависящих от этих микробов, это очень токсичное соединение становится биомагнифицированным через морские пищевые цепи к высшим хищникам. Человеческое население потребляет многие виды морской рыбы, которые являются главными хищниками в пищевых цепочках, что подвергает их здоровье большой опасности. Поэтому поиск возможных решений для минимизации дальнейших выбросов ртути и очистки уже существующего ртутного загрязнения чрезвычайно важен.

Риск для здоровья

Загрязнение океана ртутью представляет серьезную угрозу для здоровья человека. В Агентство по охране окружающей среды США (EPA) заявляет, что потребление ртути людьми любого возраста может привести к потере периферического зрения, ослаблению мышц, ухудшению слуха и речи и ухудшению координации движений.[19] Младенцы и развивающиеся дети сталкиваются с еще более серьезными рисками для здоровья, потому что воздействие ртути препятствует правильному развитию мозга и нервной системы, нарушая память, когнитивное мышление, языковые способности, внимание и мелкую моторику. Случай Болезнь Минамата это произошло в Бухта Минамата Япония в 1950-х годах продемонстрировала устрашающие эффекты воздействия чрезвычайно высоких концентраций ртути.[20] У взрослых пациентов наблюдались сильное слюноотделение, деформация конечностей и необратимые дизартрия и потеря интеллекта. У детей и плодов (подвергшихся воздействию ртути из-за употребления матерью зараженных морепродуктов) обширное поражения головного мозга наблюдались, и пациенты испытали более серьезные эффекты, такие как церебральный паралич, умственная отсталость, и примитивные рефлексы.[20][21] Во избежание токсических эффектов воздействия ртути Агентство по охране окружающей среды США рекомендует ограничивать дозу ртути 0,1 мкг / кг / день.[21]

Помимо здоровья человека, здоровью животных также серьезно угрожает загрязнение океана ртутью. Влияние высоких уровней ртути на здоровье животных было выявлено в результате тяжелого отравления ртутью в заливе Минамата, в котором многие животные вели чрезвычайно странное поведение и высокий уровень смертности после употребления загрязненных морепродуктов или поглощения ртути из морской воды. Популяция кошек практически исчезла из-за того, что кошки тонули в океане и просто падали замертво, и стало обычным явлением наблюдать, как птицы падают с неба и рыбы плавают кругами.[20]

Профилактика и лечение

Синтетические кораллы

Очистка существующего загрязнения ртутью может быть утомительным процессом. Тем не менее, в настоящее время проводятся многообещающие исследования, дающие надежду на решение этой сложной задачи. Одно из таких исследований основано на нанотехнологиях. В нем используются синтезированные наночастицы оксида алюминия (Al2O3), имитирующие структуру кораллов. Эти структуры эффективно поглощают токсины тяжелых металлов благодаря высокому соотношению площадь / объем и качеству поверхности. В природе уже давно наблюдается, что кораллы могут поглощать ионы тяжелых металлов из-за своей структуры поверхности, и этот новый метод был использован в нанотехнологиях для создания «синтетических кораллов», которые могут помочь очистить океан от ртути.[22][23] Реакции, участвующие в синтезе этого материала:

Другой новый материал (заявка на патент: PCT / US15 / 55205) все еще исследуется, в котором рассматривается возможность очистки ртутного загрязнения с использованием апельсиновой корки в качестве сырья. Эта технология производит серный полисульфид лимонена (предлагаемый материал) с использованием серы и лимонена. Использование промышленных побочных продуктов для производства этого полимера делает его очень экологичным подходом. Ученые говорят, что содержание ртути на 50% можно снизить за одну обработку этим полимером.[24]

В дополнение к процессам очистки, минимизация использования угольной энергии и переход на более чистые источники энергии, сокращение мелкомасштабной кустарной добычи золота, надлежащая обработка промышленных ртутных отходов и реализация политики являются разумными подходами к сокращению выбросов ртути в долгосрочной перспективе. масштабный план. Осведомленность общественности имеет решающее значение для достижения этой цели. Правильная утилизация ртутьсодержащих предметов, таких как медицинская упаковка и термометры, использование безртутных ламп и батарей, покупка потребительских товаров с нулевым или минимальным выбросом ртути в окружающую среду может существенно повлиять на восстановление мировых экосистем от загрязнения ртутью, оставляя минимальное наследие ртути загрязнение океана для наших будущих поколений.

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ а б c Батракова, Н., Травников, О., Розовская, О. (2014) «Химические и физические превращения ртути в океане: обзор». Океанология, 10 (6): 1047–1063. Дои:10.5194 / os-10-1047-2014
  2. ^ 1. Программа ООН по окружающей среде (ЮНЕП), Глобальная оценка ртути (Женева, 2002 г.). 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 .; Онемус, округ Колумбия; Lam, P.J .; Heimburger, L.E .; Райкенберг, M.J.A; Сайто М.А. Глобальная инвентаризация антропогенной ртути в океане на основе измерений толщины воды. Природа [Online] 2014, 512, 65 - 68
  5. ^ Weiner, J.G .; Krabbenhoft, D.P .; Heinz, G.H .; Scheuhammer, A.M .; В экотоксикологии ртути, 2-е издание, ред .; CRC: Бока Рэнтон, Флорида, 2003 г .; ch 16
  6. ^ Clarkson, T.W .; Magos, L .; Токсикология ртути и ее химических соединений. 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. ^ Селин, Н.Е .; Глобальный биогеохимический цикл ртути: обзор. Анну. Rev. Environ. Ресурс. 2009, 34, 43 - 63
  10. ^ а б Программа Организации Объединенных Наций по окружающей среде (ЮНЕП), Глобальная оценка ртути: источники, выбросы, выбросы и перенос в окружающей среде (Женева, 2013 г.)
  11. ^ а б Mason, R.P .; Choi, A.L .; Fitzgerald, W.F .; Hammerschmidt, C.R .; Lamborg, C.H .; Soerensen, A.L .; Сандерленд, Э.М. Биогеохимический круговорот ртути в океане и последствия для политики. Environ. Res. 2012, 119, 101-117
  12. ^ а б Vane, C.H .; Jones, D.G .; Листер, Т. (2009). «Загрязнение ртутью в поверхностных отложениях и кернах в устье реки Мерси, Великобритания» (PDF). Бюллетень загрязнения морской среды. 58 (6): 940–946. Дои:10.1016 / j.marpolbul.2009.03.006. ISSN  0025-326X. PMID  19356771.
  13. ^ а б Vane, Christopher H .; Бериро, Даррен Дж .; Тернер, Гренвилл Х. (2015). «Повышение и снижение загрязнения ртутью (Hg) в отложениях в устье Темзы, Лондон, Великобритания». Труды по науке о Земле и окружающей среде Королевского общества Эдинбурга. 105 (4): 285–296. Дои:10.1017 / S1755691015000158. ISSN  1755-6910.
  14. ^ Vane, C.H .; Харрисон, I .; Kim, A.W .; Moss-Hayes, V .; Vickers, B.P .; Хортон, Б. (2008). «Состояние органических загрязнителей в поверхностных отложениях в устье Барнегат-Бэй-Литл-Эгг-Харбор, Нью-Джерси, США» (PDF). Бюллетень загрязнения морской среды. 56 (10): 1802–1808. Дои:10.1016 / j.marpolbul.2008.07.004. ISSN  0025-326X. PMID  18715597.
  15. ^ Vane, C.H .; Харрисон, I .; Kim, A.W .; Moss-Hayes, V .; Vickers, B.P .; Хонг, К. (2009). «Органическое и металлическое загрязнение в поверхностных мангровых отложениях Южного Китая» (PDF). Бюллетень загрязнения морской среды. 58 (1): 134–144. Дои:10.1016 / j.marpolbul.2008.09.024. ISSN  0025-326X. PMID  18990413.
  16. ^ Куреши, А .; О’Дрисколл, штат Нью-Джерси; MacLeod, M .; Neuhold, Y.M .; Hungerbuhler, K. Фотореакции ртути в поверхностных водах океана: кинетика общих реакций и возможные пути. Environ. Sci. Технология, 2010, 44 (2), 644 - 649
  17. ^ 13. Boszke, L .; Glosinska, G .; Siepak, J .; Некоторые аспекты видообразования ртути в водной среде. Pol. J. Environ. Stud. 2002, 11 (4), 285 - 298
  18. ^ Kirk, J.L .; Lehnherr, I .; Андерсон, М .; Braune, B.M .; Chan, L .; Дастур, А.П .; Dunford, D .; Gleason, A.L .; Loseto, L.L .; Steffen, A .; Сент-Луис, В.Л .; Ртуть в арктических морских экосистемах: источники, пути и воздействие. Environ. Res. 2012, 119, 64 -87 При разложении диметилртути также образуется некоторое количество метилртути, присутствующей в океане.
  19. ^ Агентство по охране окружающей среды США (EPA) (2015-09-03). «Влияние ртути на здоровье». EPA. Получено 28 ноября 2017.
  20. ^ а б c Харада, Масадзуми (1995). «Болезнь Минамата: отравление метилртутью в Японии, вызванное загрязнением окружающей среды». Критические обзоры в токсикологии. 25:1 (1): 1–24. Дои:10.3109/10408449509089885. PMID  7734058.
  21. ^ а б Бекерс, Ф., Ринклебе, Дж. (2017). «Круговорот ртути в окружающей среде: источники, судьба и последствия для здоровья человека: обзор». Критические обзоры в области науки об окружающей среде и технологий. 47:9 (9): 693–794. Дои:10.1080/10643389.2017.1326277.
  22. ^ X. Wang et al. / J. Colloid Interface Sci., 2015, 453, pp 244-251.
  23. ^ http://webnesday.com/this-fake-coral-sucks-up-mercury-pollution-for-a-cleaner-ocean/ (Сентябрь 2015 г.)
  24. ^ https://theconversation.com/we-created-a-new-material-from-orange-peel-that-can-clean-up-mercury-pollution-49355 (10/25/2015)