Загрязнение ртутью водоемов Калифорнии
Загрязнение ртутью водных путей Калифорнии представляет угрозу как для окружающей среды, так и для здоровья человека. Этот природный тяжелый металл может попадать в окружающую среду из естественных геологических источников, но чаще всего он возникает в результате антропогенных горнодобывающих работ. Этот металл представляет угрозу не только из-за его воздействия на организмы, но также из-за сложности удаления из водных путей и проблем с его эффективным обнаружением. Корни отравления ртутью в водных путях начались с исторической добычи золота в русле рек и на склонах холмов Калифорнии; со времен Калифорнийской золотой лихорадки ртуть использовалась для добычи золота из-за ее способности катализировать драгоценный металл. в результате процесса извлечения и промывки используемая ртуть либо сгорает в виде опасных паров, либо смывается потоками воды, что приводит к повсеместному загрязнению речных и озерных отложений. Сегодня ртуть продолжает выделяться из антропогенных источников, хотя государственные и федеральные агентства работают над контролем и запретом этой практики, а также над смягчением ее воздействия на окружающую среду и людей. Многие водоемы в штате Рекомендации по употреблению медвежьей рыбы в Калифорнии из-за содержания ртути.
Историческое начало ртутного загрязнения в Калифорнии
[ редактировать ]
Исторически золотая лихорадка представляет собой начало загрязнения ртутью водоемов Калифорнии, а также множества проблем, связанных с водой. Калифорнийскую золотую лихорадку можно отнести к открытию Джеймсом Маршаллом 24 января 1848 года золота на территории Джона Саттера . [ 1 ] Маршалл был плотником, который помогал Саттеру строить лесопилку для Саттера, а в ночь перед знаковым открытием золота Маршалл отводил воду из реки Американ через лесопилку, которую он строил, чтобы смыть рыхлый гравий и грязь. На следующее утро (24 января 1848 г.) он обнаружил металлические пятна там, где речная вода текла через лесопилку. Он сразу подумал, что это золото, но не стал его искать, пока не была построена лесопилка Саттера. [ 1 ]
Ко времени открытия Маршаллом золота следующей весной началась крупнейшая золотая лихорадка в американской истории. За этот короткий год численность некоренного населения Америки выросла с 14 000 до 100 000 человек. [ 1 ] К 1892 году население снова увеличилось до 250 000 человек. [ 1 ]
первоначально его легко извлечь из речных отложений путем вычерпывания и пересыпания речной почвы и гравия. Метод донного траулера также был разработан для одновременной добычи большего количества золота. По мере увеличения количества горняков и темпов добычи легко собираемое россыпное золото становилось все более дефицитным, и были разработаны новые методы добычи, позволяющие более эффективно извлекать золото из рек и труднее добывать золото из рудников. [ 2 ] Одним из основных и одновременно наиболее разрушительных методов был метод гидродобычи. Это предполагало перенаправление воды из реки в узкий канал, в большой брезентовый шланг и железную насадку. Затем эти водометы, которые назывались мониторами, стреляли струей очень высокого давления, которая разрушала склоны холмов. Вода, навозная жижа и мусор, в основном гравий, будут течь через большие шлюзы и дренажные туннели. [ 3 ] Одним из наиболее полезных инструментов увеличения сбора золота было использование ртути, что привело к массовому использованию и добыче ртути.
Использование ртути в добыче золота
[ редактировать ]Исторически ртуть, иначе называемая «ртутью», использовалась в процессе добычи полезных ископаемых. [ 2 ] Во время гидравлической добычи, когда вода, шлам и мусор перетекали через шлюзы и дренажные туннели, частицы также смешивались с жидкой ртутью. [ 3 ] Ртуть использовалась в период добычи в процессе добычи полезных ископаемых. Ртуть использовалась для извлечения золота, а иногда и серебра из горнодобывающей руды для добычи. [ 4 ] Наиболее распространенным использованием ртути для экстракции был процесс, называемый ртутной амальгамацией.
Суть этого процесса заключается в том, что горняк смешивает элемент ртути с горным илом или рудой, затем ртуть прилипает к золоту, отделяясь таким образом от руды и ила, образуя один твердый кусок амальгамы ртути и золота. [ 5 ] Дополнительное отделение от ила и руды осуществляется путем промывки руды водой до тех пор, пока не останется только амальгама. Следующим шагом процесса является отделение настоящего золота от бесполезной ртути. Это делается следующим образом: горняки нагревают амальгаму ртути и золота до высокой температуры, чтобы испарить ртуть, оставляя только столь желанное золото. [ 5 ] Для испарения ртути необходима температура не ниже 357 °C. [ 6 ] Помимо ртутно-золотой амальгамы, некоторое количество остаточной ртути все еще присутствует в смытом иле и руде, иногда называемых хвостами шахт. При захоронении этих хвостов добычи и во время процесса промывки большие количества оставшейся ртути часто загрязняют и проникают в местные экосистемы, особенно в водные пути вокруг и вниз по пару от мест добычи полезных ископаемых. [ 3 ] За сезон происходила потеря 10-30% ртути, используемой в процессе добычи, что приводило к сильно загрязненным отложениям на участках добычи и ниже по течению от них. [ 3 ] Здесь наблюдаются самые высокие уровни загрязнения ртутью, и ее источник может быть возвращен в район Плейсер в Калифорнии. [ 3 ] Большая часть ртути для горнодобывающей промышленности добывалась из месторождений на западной стороне центральной долины Калифорнии у побережья, и, по оценкам, в период с 1850 по 1981 год из этих месторождений было добыто 220 000 000 фунтов ртути. [ 7 ]
Первичные источники ртути
[ редактировать ]Большая часть известного в настоящее время загрязнения ртутью водных путей Калифорнии является результатом не только нерегулируемых методов добычи во время золотой лихорадки, но и более современных методов добычи ртути или золота. Эти источники загрязнения известны как точечные источники (локальный и стационарный источник загрязнения) и часто возникают из-за того, что ртуть рассеивается через хвосты шахт и сточные воды во время работы, которая проникает и переносит ртуть в водные источники. Хотя эти точечные источники являются наиболее заметными загрязнителями, основная масса ртутного загрязнения водоемов происходит в результате осаждения газообразной ртути из атмосферы. [ 8 ] Ртуть естественным образом вращается вокруг окружающей среды и проходит периоды испарения и осаждения обратно в воду или на сушу из атмосферы. Ртуть также может легче перемещаться по окружающей среде под действием анаэробных бактерий, перерабатывающих серу, обнаруженных в воде. Ртуть в своей органической форме будет накапливаться в биоте (организмах, таких как рыбы или растения) и в результате естественных процессов в конечном итоге будет содержаться в организмах, которые умирают и разлагаются, удерживая ртуть в отложениях водоемов. [ 9 ] Ртуть естественным образом циркулирует таким образом, но антропогенные выбросы парообразной ртути в результате золотодобывающей и ртутной промышленности значительно увеличили ее количество в окружающей среде, создавая гораздо большее загрязнение органической ртутью, чем это естественно для нашей окружающей среды.
Кроме того, ртуть в больших количествах может попадать в водные пути через естественные геотермальные источники. Было обнаружено, что в пробах отложений, взятых из озера Клир, содержится большое количество ртути, что, как полагают, возникло в результате открытия геотермальных трещин во время сейсмической активности, в результате чего в озеро попала масса хранящихся элементов, богатых ртутью. [ 10 ] Исследование керна донных отложений озера показало, что количество ртути, попавшей в воду, составило около 2400 тонн.
Воздействие на окружающую среду
[ редактировать ]
Ртуть вызывала пороки рождения и развития водоплавающих птиц.
Когда ртуть впервые попадает в водные пути и экосистемы, она считается элементарной неорганической ртутью. Хотя этот тяжелый металл очень токсичен в своей элементарной форме, он может стать еще более токсичным, если его превратить в биологически доступную форму, известную как метилртуть . Хотя полный процесс того, как процесс метилирования и трофическое увеличение функционируют или изменяются в различных обстоятельствах, не до конца понятен, известно, что бактерии играют основную роль во включении ртути в экосистему, поглощая элементарную ртуть, метилируя ее в органически доступную форму. и либо высвобождая метилртуть в окружающую среду, где она поглощается планктоном, либо поглощаясь другим организмом, питающимся бактериями. [ 11 ] Эти бактерии известны как анаэробные виды бактерий, которые превращают элементарную ртуть в метилртуть путем метилирования окисленной ртути в метилртуть. [ 11 ]
Эта вновь трансформированная форма ртути (метилртуть) затем начинает биоаккумулироваться у многих видов, населяющих загрязненные водные пути и экосистемы. [ 5 ] Многие растения и автотрофные организмы пассивно поглощают метилртуть на протяжении всей жизни, и даже при длительном воздействии метилртути их приспособленность существенно не снижается. [ 12 ] С другой стороны, автотрофы, такие как животные, накапливают метилртуть в своем организме быстрее, поскольку они потребляют другие ртутьсодержащие организмы, в результате чего каждый последующий уровень пищевой цепи потребляет более высокие уровни метилртути ( биомагнификация ). Установлено, что уровни бионакопления токсичной метилртути являются самыми высокими у крупных видов хищных рыб, рыбоядных животных и людей, для которых рыба является важным источником пищи. [ 13 ] Хотя следы метилртути также были обнаружены у рептилий, амфибий, беспозвоночных, флоры, птиц и даже в окружающей почве. [ 3 ]
Средами, в которых чаще всего обнаруживаются высокие уровни метилртути, являются водно-болотные угодья, недавно затопленные водоемы, водные территории вблизи горнодобывающих предприятий или заводов, заливы и водные пути с низким уровнем pH, поскольку это сильно коррелирует со скоростью производства метилртути бактериями. Места выбросов ртути из антропоморфных и природных источников могут загрязнять водные пути на большие расстояния, если они расположены выше водораздела. [ 13 ]
Многие последствия для здоровья, которые метилртуть оказывает на дикую природу, включают репродуктивные проблемы и их снижение, проблемы с ферментами и иммунной системой, проблемы развития и генетические изменения. [ 13 ] Эти проблемы больше всего сказались на водоплавающих птицах из-за их большого количества рыбы в рационе. Среди водоплавающих птиц, испытывающих больше всего проблем с метилртутью, — это большая цапля, ныряющая утка, цапля и гагара. Исследования и научные исследования показали резкое сокращение численности птенцов гагары и изменение численности молоди больших цапель с прямой корреляцией с высокими уровнями метилртути. [ 13 ] Экосистемы, содержащие как метилртуть, так и элемент селен, могут производить еще более токсичную и потенциально смертельную смесь для дикой природы. [ 13 ]
Воздействие на здоровье человека
[ редактировать ]
Было проведено множество исследований и выявлено негативное воздействие на здоровье, напрямую связанное с загрязнением ртутью как источников пищи, так и окружающей среды. Одним из основных источников ртутного загрязнения и чрезмерного потребления является рыба, уже загрязненная высоким содержанием ртути. Ртуть, как и свинец, может ослаблять, повреждать и даже разрушать функционирующую нервную ткань. [ 15 ] Чрезмерное потребление метилртути также может снизить реакцию иммунной системы, повредить нервную систему, включая координацию, осязание, вкус и зрение. [ 13 ]
Одной из основных угроз для здоровья, связанных с чрезмерным потреблением таких высоких уровней ртути, является развитие неспособности к обучению и проблем с развитием у детей. Это результат чрезмерного воздействия ртути после рождения и/или чрезмерного потребления высоких уровней ртути матерью во время беременности. Серьезную озабоченность вызывает тот факт, что ртуть может передаваться от беременной матери через плаценту к неродившемуся плоду. [ 15 ] Ртуть потребляется в виде метилртути, которую федеральное правительство классифицирует как нейротоксин, который описывается как ядовитое вещество, поражающее нервную систему и нарушающее функцию нервов и нервной ткани. [ 16 ] Даже небольшие количества этого нейротоксина могут вызвать проблемы с развитием мозга и нервной системы. Последствия внутриутробного развития (до рождения в матке) [ 16 ] Передача также может занять несколько месяцев или даже лет, прежде чем появятся признаки, что затрудняет отслеживание. Воздействие метилртути проявляется в следующих формах: у ребенка снижается продолжительность концентрации внимания, плохая мелкая моторика, медленное развитие речи, зрительно-пространственные способности (например, рисование) и память. [ 15 ] Воздействие и потребление метилртути матерью до беременности также может быть столь же серьезным, как и воздействие во время беременности, поскольку метилртуть медленно выводится из организма, иногда требуются месяцы, чтобы полностью покинуть организм человека. Это может существенно повлиять на развитие плода, поскольку многие важные этапы развития нервной системы и мозга происходят в течение первых двух месяцев беременности. Эксперты в области здравоохранения подозревают, что дети более восприимчивы к метилртути, чем взрослые, поскольку они едят больше пищи по сравнению с их общей массой тела, что приводит к более высокому проценту загрязнения. [ 15 ] Был сделан вывод, что 60 000 детей, рождающихся каждый год, подвергаются риску нарушений нервного развития из-за воздействия метилртути внутриутробно. [ 13 ]
Другой формой воздействия на человека элементарной ртути является вдыхание испаренной формы элемента непосредственно из его источника в окружающей среде. Эта форма воздействия особенно распространена на старых горнодобывающих объектах и вокруг них. [ 13 ] Эта форма воздействия может вызвать гингивит, тремор, поражение желудочно-кишечного тракта, снижение эффективности ферментной активности и, в редких случаях, почечную недостаточность. [ 13 ]
Удаление из воды
[ редактировать ]Было проведено множество исследований по очистке и извлечению ртути из водных источников, а иногда даже из пораженных почв вокруг загрязненных водных источников. Некоторые из этих методов, которые постоянно исследуются и отбираются пробы, включают использование высокоэффективной жидкостной хроматографии (ВЭЖХ) в сочетании с масс-спектрометрией с индуктивно-связанной плазмой (ИСП-МС). [ 17 ] Поскольку разные формы ртути имеют разные формы токсичности, этот метод позволяет удалить каждую форму и тщательно изучить токсичность и потенциальный вред каждой отдельной формы. Это связано с тем, что типичная концентрация метилртути в водных источниках и метилртути ниже уровня обнаружения, но это не обязательно означает постоянное накопление в организме потребителя, иначе в окружающей среде будут возникать какие-либо симптомы. Наиболее распространенным методом удаления видов является газовая хроматография или жидкостная хроматография высокого давления в сочетании с детекторами флуоресценции, природных элементов и фотометрии. [ 17 ] Недостатком этой формы обнаружения является то, что для проверки концентрации и уровня токсичности требуется очень большое количество образцов. Другие методы включают зарядку ионов для отделения токсичных элементов и токсинов из воды для экстракции. Эти методы в настоящее время наиболее распространены в Китае для удаления токсичных тяжелых металлов из питьевой воды. [ 17 ] Одна из теорий, которая проверяется федеральным правительством с целью очистки водоемов от метилртути, заключается в том, чтобы найти бактерию, которая превращает метилртуть обратно в элементарную ртуть. В ходе этого процесса трансформации элементарная ртуть может испаряться и испаряться из водных путей естественным путем. [ 11 ]
См. также
[ редактировать ]Цитируемые работы
[ редактировать ]- ^ Jump up to: а б с д «Обзор золотой лихорадки» . www.parks.ca.gov . Проверено 9 мая 2016 г.
- ^ Jump up to: а б «Гидравлическая добыча, горная техника, подземная добыча, добыча меди, добыча свинца» . www.greatmining.com . Проверено 9 мая 2016 г.
- ^ Jump up to: а б с д и ж Альперс, Чарльз; Хунерлах, Майкл (май 2000 г.). «Загрязнение ртутью в результате исторической добычи золота в Калифорнии» (PDF) . Геологическая служба США: Наука для меняющегося мира . Проверено 13 мая 2016 г.
- ^ «Обработка золота: использование ртути в добыче золота - MiningFacts.org» . www.miningfacts.org . Архивировано из оригинала 12 марта 2018 г. Проверено 21 апреля 2016 г.
- ^ Jump up to: а б с «:: WorstPolluted.org: Отчеты о проектах» . www.worstpolluted.org . Проверено 9 мая 2016 г.
- ^ «Ртуть в лаборатории» . www.ilpi.com . Проверено 9 мая 2016 г.
- ^ «Загрязнение ртутью в результате исторической добычи золота в Калифорнии» . pubs.usgs.gov . Проверено 20 мая 2022 г.
- ^ «Вклад атмосферных выпадений в урожайность ртути в некоторых водоразделах на западе США и Канаде | Геологическая служба США» . www.usgs.gov . Проверено 10 мая 2022 г.
- ^ «Круговорот ртути в окружающей среде - Центр водных наук Геологической службы США, штат Висконсин» . Wi.water.usgs.gov . Проверено 10 мая 2022 г.
- ^ Варекамп, Йохан К.; Вайбель, Альберт Ф. (1 ноября 1987 г.). «Естественная причина ртутного загрязнения Клир-Лейк, Калифорния, и палеотектонические выводы» . Геология . 15 (11): 1018–1021. doi : 10.1130/0091-7613(1987)15<1018:NCFMPA>2.0.CO;2 . ISSN 0091-7613 .
- ^ Jump up to: а б с «Несколько видов бактерий превращают элементарную ртуть в токсичную метилртуть | Управление науки (SC) Министерства энергетики США» . science.energy.gov . Проверено 9 мая 2016 г.
- ^ Канада, Окружающая среда и изменение климата (9 января 2007 г.). «Ртуть в пищевой цепи» . www.canada.ca . Проверено 4 марта 2022 г.
- ^ Jump up to: а б с д и ж г час я «Ртуть в окружающей среде» . www2.usgs.gov . Проверено 15 мая 2016 г.
- ^ Альперс, Чарльз; Хунерлейси, Майкл (май 2000 г.). «Загрязнение ртутью в результате исторической добычи золота в Калифорнии» (PDF) . Геологическая служба США: Наука для меняющегося мира . Проверено 12 мая 2016 г.
- ^ Jump up to: а б с д Сильвер, Ларри. «Ртуть и проблемы с обучаемостью: Руководство для родителей» (PDF) . Совет по защите природных ресурсов . Проверено 5 августа 2011 г.
- ^ Jump up to: а б «Словарь и тезаурус | Мерриам-Вебстер» . www.merriam-webster.com . Проверено 9 мая 2016 г.
- ^ Jump up to: а б с Чен, Дэнгюнь; Цзин, Мяо; Ван, Сяору (6 сентября 2014 г.). «Определение метилртути в воде и почве методом ВЭЖХ-ИСП-МС» (PDF) . Аджилент Технологии . Компания Agilent Technologies Inc. Проверено 5 мая 2016 г.