Загрязнение морской среды ртутью
| Часть серии о |
| Загрязнение |
|---|
 |
Ртуть — это тяжелый металл, который в различных формах перемещается через атмосферу, воду и почву в разные части. мира. Из-за этого естественного цикла ртути , независимо от того, какая часть мира выбрасывает ртуть, она может повлиять на совершенно другую часть мира, что сделает ртутное загрязнение глобальной проблемой. Загрязнение ртутью теперь признано глобальной проблемой, и повысилась осведомленность о международном плане действий по минимизации антропогенных выбросов ртути и очистке ртутного загрязнения. В Глобальной оценке ртути 2002 года был сделан вывод, что «международные действия по решению глобальной проблемы ртути не следует откладывать». [2] Среди многих сред, испытывающих воздействие ртутного загрязнения, нельзя игнорировать океан, поскольку он способен выступать в качестве «хранилища» ртути. [3] Согласно недавнему модельному исследованию, общее количество антропогенной ртути, выброшенной в океан, оценивается примерно в 80 000–45 000 метрических тонн, причем две трети этого количества, по оценкам, обнаруживается в водах на глубине ниже 1000 м, где обитает много съедобной рыбы. [4] Ртуть может биоаккумулироваться в морских пищевых цепях в виде высокотоксичной метилртути, что может представлять опасность для здоровья людей, потребляющих морепродукты. [5] [6] По статистике, около 66% мирового потребления рыбы поступает из океана. Поэтому важно отслеживать и регулировать уровни ртути в океане, чтобы предотвратить попадание все большего и большего количества ртути к человеческому населению через потребление морепродуктов. [7] [8]
Источники
[ редактировать ]Выбросы ртути происходят как в результате естественных, так и антропогенных процессов. Природные процессы в основном геогенные, такие как вулканическая деятельность и выбросы через почву. Вулканы при извержении выделяют ртуть из подземных резервуаров. Выбросы на землю обычно наблюдаются в регионах, расположенных ближе к границам тектонических плит , где почвы обогащены такими минералами, как киноварь (нерастворимый сульфид ртути , HgS). Эта ртуть выделяется, обычно в виде соли, либо в результате естественного выветривания горных пород, либо в результате геотермальных реакций. [9] Хотя природные явления составляют определенный процент современных выбросов, одни только антропогенные выбросы увеличили концентрацию ртути в окружающей среде в три раза. [10] В Глобальной оценке ртути 2013 года говорится, что основными антропогенными источниками выбросов ртути являются кустарная и мелкомасштабная добыча золота, сжигание ископаемого топлива и первичное производство цветных металлов. Другие источники, такие как производство цемента, отходы потребительских товаров, крематории , загрязненные территории и хлорщелочная промышленность, также вносят относительно небольшой процент. [10]
Меркурий попадает в океан разными путями. Атмосферные выпадения являются крупнейшим источником ртути в океанах. Атмосферные выпадения приносят в океан три типа ртути. Газообразная элементарная ртуть (Hg0) попадает в океан в результате воздухообмена. Неорганическая ртуть (Hg2+/HgII) и связанная с частицами ртуть (Hg(P)) попадают в результате мокрого и сухого осаждения. 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 метилртуть . Оказавшись в океане, они могут подвергнуться множеству реакций, в первую очередь сгруппированных как; окислительно-восстановительные реакции (приобретение или потеря электронов), процессы адсорбции (связывание с твердыми частицами), метилирование и деметилирование (присоединение или удаление метильной группы). [1]
Осадочная ртуть
[ редактировать ]Ртуть может попасть в моря и открытый океан в результате движения вниз по течению и повторного осаждения загрязненных отложений из городских эстуариев . [12] Например, высокое общее содержание Hg до 5 мг/кг и в среднем около 2 мг/кг встречается в поверхностных отложениях и кернах отложений приливной реки Мерси , Великобритания, из-за сбросов исторических промышленных предприятий, расположенных вдоль берегов приливной реки. включая такие отрасли, как историческая хлорщелочная промышленность. [12] Было также показано, что отложения вдоль 100-километрового участка устья Темзы имеют общее содержание ртути до 12 мг/кг и в среднем 2 мг/кг, причем самые высокие концентрации обнаружены на глубине в Лондоне и его окрестностях. [13] Постепенное и статистически значимое снижение содержания осадочной ртути в Темзе происходит в результате большего удаления от исторических и современных точечных источников, сорбции и речных отложений в илистых плесах, а также разбавления морскими песками с Южного побережья. Северное море . [13] Напротив, отложения, попадающие в океан из болотистых ручьев восточного побережья США и мангровых зарослей , окаймляющих Южно-Китайское море, обычно содержат умеренную осадочную ртуть (<0,5 мг/кг). [14] [15]
Подводные лодки
[ редактировать ]Многие тонны жидкой ртути находятся в стальных баллонах на килях затонувших подводных лодок по всему миру. Некоторые из них начали протекать и создавать экологические проблемы, например, немецкая подводная лодка U-864 , затонувшая в 1945 году у берегов Норвегии, содержащая 67 тонн ртути.
Химия
[ редактировать ]
Восстановление и окисление ртути в основном происходят ближе к поверхности океанских вод. Они вызваны либо солнечным светом, либо микробной активностью. Под воздействием 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. Мелкие аэрозоли в атмосфере, такие как капли океанской воды, могут действовать в этом процессе как небольшие реакционные камеры, обеспечивая необходимые особые условия реакции. Окисление и восстановление ртути в океане — не очень простые обратимые реакции. [16] Ниже показан предполагаемый путь фотохимии ртути в океанских аэрозолях, предполагающий, что она происходит через реакционноспособное промежуточное соединение:
Предполагается, что фотоокисление обусловлено ОН. радикалов, а восстановление происходит под воздействием ветра и возмущений приземного слоя. В темноте окислительно-восстановительные реакции ртути продолжаются благодаря активности микробов. Биологические преобразования отличаются и имеют меньшую скорость по сравнению с описанными выше процессами, вызванными солнечным светом. [1] Неорганическая ртуть Hg2+ и метилртуть обладают способностью адсорбироваться в частицы. Положительная корреляция связывания наблюдается между количеством органических веществ и 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 речные стоки. Однако большая часть метилртути, обнаруженной в океане, производится in-situ (внутри самого океана). [11] Метилирование неорганической ртути может происходить биотическим и абиотическим путями. Однако биотические пути преобладают. Реакции, представленные 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, поэтому этот процесс происходит на мелководье, где разлагающееся органическое вещество может соединиться 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 существование биогенных путей производства метилртути. [18] Образующаяся метилртуть накапливается в микробах. Из-за высокой проницаемости и отсутствия разложения метилртути у других видов, которые зависят от этих микробов, это очень токсичное соединение биомагнируется через морские пищевые цепи к высшим хищникам. Многие люди потребляют множество видов морских рыб, которые являются главными хищниками в пищевых цепочках, подвергая их здоровье большой опасности. Поэтому поиск возможных решений по минимизации дальнейших выбросов ртути и очистке уже существующего ртутного загрязнения чрезвычайно важен.
Риски для здоровья
[ редактировать ]Загрязнение океана ртутью представляет серьезную угрозу для здоровья человека. ( Агентство по охране окружающей среды США EPA) заявляет, что потребление ртути людьми всех возрастов может привести к потере периферического зрения, ослаблению мышц, ухудшению слуха и речи, а также ухудшению координации движений. [19] Младенцы и развивающиеся дети сталкиваются с еще более серьезными рисками для здоровья, поскольку воздействие ртути препятствует правильному развитию мозга и нервной системы, повреждая память, когнитивное мышление, речевые способности, внимание и мелкую моторику. Случай болезни Минамата , произошедший в заливе Минамата в Японии в 1950-х годах, продемонстрировал пугающие последствия воздействия чрезвычайно высоких концентраций ртути. [20] У взрослых пациентов наблюдалось сильное слюнотечение, деформация конечностей, необратимая дизартрия и потеря интеллекта. У детей и плодов (подверженных воздействию ртути в результате употребления матерью загрязненных морепродуктов) обширные поражения головного мозга наблюдались , а у пациентов наблюдались более серьезные последствия, такие как церебральный паралич , умственная отсталость и примитивные рефлексы. [20] [21] Чтобы избежать токсических эффектов воздействия ртути, Агентство по охране окружающей среды США рекомендует предельную дозу ртути 0,1 мкг/кг/день. [21]
Помимо здоровья человека, здоровью животных также серьезно угрожает ртутное загрязнение океана. Влияние высоких уровней ртути на здоровье животных проявилось в результате тяжелого отравления ртутью в заливе Минамата, когда многие животные демонстрировали чрезвычайно странное поведение и высокий уровень смертности после употребления в пищу загрязненных морепродуктов или поглощения ртути из морской воды. Популяция кошек практически исчезла из-за того, что кошки утонули в океане и просто упали замертво, и стало обычным явлением наблюдать, как птицы падают с неба, а рыбы плавают кругами. [20]
Профилактика и лечение
[ редактировать ]
Очистка существующего ртутного загрязнения может оказаться 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. оксида алюминия В нем используются синтезированные наночастицы (Al2O3), имитирующие структуры кораллов. Эти структуры эффективно поглощают токсины тяжелых металлов благодаря высокому соотношению поверхность/объем и качеству поверхности. В природе давно наблюдалось, что кораллы могут поглощать ионы тяжелых металлов благодаря своей поверхностной структуре, 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 (патентная заявка: PCT/US15/55205) все еще находится на стадии исследования, в ходе которого рассматривается возможность очистки ртутных загрязнений с использованием апельсиновых корок в качестве сырья. По данной технологии получают полисульфид серы-лимонена (предлагаемый материал) с использованием серы и лимонена. Использование промышленных побочных продуктов для производства этого полимера делает этот подход очень устойчивым. Ученые утверждают, что за одну обработку этим полимером можно снизить содержание ртути на 50%. [24]
Помимо процессов очистки, разумными подходами к сокращению выбросов ртути в долгосрочной перспективе являются сведение к минимуму использования угольной энергии и переход на более чистые источники энергии, сокращение мелкомасштабной кустарной добычи золота, надлежащая обработка промышленных ртутных отходов и политика реализации. масштабный план. Осведомленность общественности имеет решающее значение для достижения этой цели. Правильная утилизация ртутьсодержащих предметов, таких как лекарственная упаковка и термометры, использование безртутных лампочек и батареек, а также покупка потребительских товаров с нулевым или минимальным выбросом ртути в окружающую среду могут существенно повлиять на восстановление мировых экосистем от ртутного загрязнения, оставив после себя минимальное наследие ртутного загрязнения океана для наших будущих поколений.
См. также
[ редактировать ]Ссылки
[ редактировать ]- ^ Перейти обратно: а б с Батракова Н., Травников О. и Розовская О. (2014) «Химические и физические превращения ртути в океане: обзор». Наука об океане , 10 (6): 1047–1063. два : 10.5194/os-10-1047-2014
- ^ 1. Программа Организации Объединенных Наций по окружающей среде (ЮНЕП), Глобальная оценка ртути (Женева, 2002 г.). http://www.unep.org/gc/gc22/Document/UNEP-GC22-INF3.pdf. Архивировано 10 апреля 2021 г. в Wayback Machine (22 октября 2015 г.).
- ^ http://www.livescience.com/47222-deep-ocean-traps-mercury-pollution.html (09/2015)
- ^ Ламборг, Швейцария; Хаммершмидт, ЧР; Боуман, КЛ; Сварр, Дж.Дж.; Мансон, КМ; Онемус, округ Колумбия; Лам, ПиДжей; Хеймбургер, Ле; Райкенберг, MJA; Сайто, Массачусетс. Глобальная инвентаризация антропогенной ртути в океане на основе измерений водного столба. Природа [Онлайн] 2014, 512, 65–68.
- ^ Вайнер, Дж.Г.; Краббенхофт, ДП; Хайнц, Г.Х.; Шойхаммер, AM; В книге «Экотоксикология ртути», 2-е издание, под ред.; CRC: Бока-Рэнтон, Флорида, 2003 г.; глава 16
- ^ Кларксон, ТВ; Магос, Л.; Токсикология ртути и ее химических соединений. Крит.Рев.Токсикол. 2006, 36 (8), 609
- ^ http://www.fao.org/3/a-i4883e.pdf (25.10.2015).
- ^ http://www.fao.org/3/a-i4899e.pdf (25.10.2015).
- ^ Селин, штат Невада; «Глобальный биогеохимический цикл ртути: обзор». Анну. Преподобный Окружающий. Ресурс. 2009, 34, 43–63.
- ^ Перейти обратно: а б Программа Организации Объединенных Наций по окружающей среде (ЮНЕП), Глобальная оценка ртути: источники, выбросы, выбросы и перенос в окружающей среде (Женева, 2013 г.)
- ^ Перейти обратно: а б Мейсон, РП; Чой, Алабама; Фицджеральд, ВФ; Хаммершмидт, ЧР; Ламборг, Швейцария; Соеренсен, Алабама; Сандерленд, Э.М. «Биогеохимический круговорот ртути в океане и последствия для политики». Прибл. Ничего . 2012, 119, 101–117.
- ^ Перейти обратно: а б Вейн, Швейцария; Джонс, Д.Г.; Листер, ТР (2009). «Загрязнение ртутью в поверхностных отложениях и кернах отложений устья Мерси, Великобритания» (PDF) . Бюллетень о загрязнении морской среды . 58 (6): 940–946. doi : 10.1016/j.marpolbul.2009.03.006 . ISSN 0025-326X . ПМИД 19356771 .
- ^ Перейти обратно: а б Вейн, Кристофер Х.; Бериро, Даррен Дж.; Тернер, Гренвилл Х. (2015). «Взлет и падение уровня загрязнения ртутью (Hg) в кернах отложений устья Темзы, Лондон, Великобритания» . Труды Королевского общества Эдинбурга по наукам о Земле и окружающей среде . 105 (4): 285–296. дои : 10.1017/S1755691015000158 . ISSN 1755-6910 .
- ^ Вейн, Швейцария; Харрисон, И.; Ким, AW; Мосс-Хейс, В.; Викерс, BP; Хортон, BP (2008). «Состояние органических загрязнителей в поверхностных отложениях залива Барнегат - устье Литл-Эгг-Харбор, Нью-Джерси, США» (PDF) . Бюллетень о загрязнении морской среды . 56 (10): 1802–1808. doi : 10.1016/j.marpolbul.2008.07.004 . ISSN 0025-326X . ПМИД 18715597 .
- ^ Вейн, Швейцария; Харрисон, И.; Ким, AW; Мосс-Хейс, В.; Викерс, BP; Хонг, К. (2009). «Загрязнение органическими веществами и металлами в поверхностных отложениях мангровых зарослей Южного Китая» (PDF) . Бюллетень о загрязнении морской среды . 58 (1): 134–144. doi : 10.1016/j.marpolbul.2008.09.024 . ISSN 0025-326X . ПМИД 18990413 .
- ^ Куреши, А.; О'Дрисколл, Нью-Джерси; Маклауд, М.; Нойхольд, Ю.М.; Хунгербюлер, К. Фотореакции ртути в поверхностных водах океана: общая кинетика реакций и возможные пути. Окружающая среда. наук. Технол., 2010, 44 (2), 644 – 649.
- ^ 13. Бошке, Л.; Глосинская Г.; Сипак, Дж.; Некоторые аспекты формирования ртути в водной среде. Пол. Дж. Энвайрон. Стад. 2002, 11 (4), 285 – 298
- ^ Кирк, Дж.Л.; Ленхерр, И.; Андерсон, М.; Брауне, Б.М.; Чан, Л.; Дастур, AP; Данфорд, Д.; Глисон, Алабама; Лосето, LL; Стеффен, А.; Сент-Луис, Вирджиния; Ртуть в арктических морских экосистемах: источники, пути распространения и воздействие. Окружающая среда. Рез. 2012, 119, 64 -87 Разложение диметилртути также приводит к образованию некоторого количества метилртути, присутствующей в океане.
- ^ Агентство по охране окружающей среды США (EPA) (03 сентября 2015 г.). «Влияние ртути на здоровье» . Агентство по охране окружающей среды . Проверено 28 ноября 2017 г.
- ^ Перейти обратно: а б с Харада, Масадзуми (1995). «Болезнь Минамата: отравление метилртутью в Японии, вызванное загрязнением окружающей среды». Критические обзоры по токсикологии . 25 (1): 1–24. дои : 10.3109/10408449509089885 . ПМИД 7734058 .
- ^ Перейти обратно: а б Беккерс Ф., Ринклебе Дж. (2017). «Круговорот ртути в окружающей среде: источники, судьба и последствия для здоровья человека: обзор». Критические обзоры в области экологических наук и технологий . 47 (9): 693–794. дои : 10.1080/10643389.2017.1326277 .
{{cite journal}}: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка ) - ^ X. Ван и др. / J. Colloid Interface Sci., 2015, 453, стр. 244-251.
- ^ http://webnesday.com/this-fake-coral-sucks-up-mercury-pollution-for-a-cleaner-ocean/ (сентябрь 2015 г.)
- ^ https://theconversation.com/we-created-a-new-material-from-orange-peel-that-can-clean-up-mercury-pollution-49355 (25.10.2015)
