环境

汞对杆子

全球变暖也会导致北极和南极生态系统的春天雪中的水星积累。

Ralf Einghaus,Christian Temme和Jürgeneinax 对于Science N°322
本文保留用于科学用户

极地地区是最后的维尔京生态系统。特别是空气是纯粹的,因为欧亚大陆和美国的工业化地区是遥远的。更重要的是,极性空气质量和温带区间之间的交换是有限的。但是,污染不会饶恕杆子。各种化学分析方法表明,在北极和南极空气质量中发现了许多人为物质。所有这些全局污染物甚至以可检测的浓度在地球仪的任何地方存在。然而,大量化学家在1998年宣布,所有的水星都突然从加拿大空气中消失了!事实上,在检测阈值下方的汞大气浓度下降只是暂时的:它每年在弹簧中发生相对较短的时间。在南极洲后观察到相同的现象。

汞,毒性元素

汞是一个有毒的元素,所以这个发现提出了许多问题。什么成为春天俯瞰杆子的大气汞?当极地动物从他们的冬天的托波特繁殖中繁殖时,它是否落在极地生态系统上?是“大气转储”的波斯?如此许多问题,今天有五年的搜索,我们将在这里曝光。

基本汞是挥发性的,易溶于水,而不是反应,使得汞蒸气在大气中停滞不前;他们的“寿命”是大约一到两年的时间,这使得时间留给这些蒸汽来广播全球范围。在大气中的汞运输,也在土壤和水中,是目前众多研究的主题:我们在大气中模拟其分布,并被视为可溶性汞穿入生物体中的生物体和传播食物链。

自1990年以来收集的所有结果(在联合国环境规划署, p)显示汞造成了健康问题。这个元素已经造成了几种灾难,是20世纪50年代中期的最知名的米纳塔。一直是一个严重的神经系统疾病,直到那时,开始袭击这岛岛的京都湾的人口。有严重的神经系统疾病(均衡和语言,震颤,妄想的平衡,有时致命,并且显然健康的女性为残疾儿童产生了生育。事实证明,该地区的工厂在制造丙醛的制造中使用汞作为催化剂,然后拒绝液体流水到海中。富含汞的液体的不受控制的排出污染了愚蠢的壳。人口。人口。这种来自Minamata Bay的许多逻辑的醉酒,由Minamata湾通过梅尔米亚化合物代表了“由于污染导致的流行病”。 1956年和1957年,该病杀死了50人,在许多人中拖累严重的神经系统后遗症。该计算表明,1932年至1986年间,植物的截止日期,80吨汞被拒绝在海湾中被拒绝。美国流行病学研究表明,在美国,八个百分之八个育龄妇女的血液浓度优于美国环境保护局所设定的卫生标准。斯堪的纳维亚和北美鱼类中含有的汞量增加了20世纪60年代。这种现象不是由于意外污染,而是对大气中的汞的扩散。无所不在,汞似乎在高纬度的海洋食物链中似乎是特殊的效率,在那里逐渐集中。重金属威胁,例如,丹麦群岛的人口,丹麦群岛位于苏格兰北部350公里。在这些岛屿中,Glovephalus Whales的消费很重要。然而,置于食物链顶部的这些哺乳动物特别污染汞。如此之多,因此卫生当局已经推荐给法罗群岛的居民,以减少他们的鲸鱼肉消耗。这种情况导致了欧洲,南美和北美的许多国家,减少了汞蒸气的授权排放以及食品中这种重金属的浓度。所有这些国家还仔细监测了大气汞的浓度,包括杆子,尽管天气条件长期以来阻止实施有效的监控设备。

春天突然下降

这种持续监测大气汞始于1995年在加拿大北极站 警报。然后监控与爱尔兰站继续 钉锤头。在这两种情况下,人们每五分钟实现一次措施。尽管30多度的纬度分开了两个位置,但大气浓度的汞的年平均值几乎是相同的:它们反映了每立方米约1.7汞纳米线的整个北半球的存在。空气,确认值通过在北半球的各个地方制造的测量活动。

然而,在每个北极弹簧的开始时,由两个站获得的结果不同。虽然数据保持几乎稳定 钉锤头,水星大气浓度显着降低 警报。已经理解,当我们看到汞急剧浓度的大气浓度的急剧降低和地面水平的臭氧浓度之间的惊人平行之间,理解这一减少的原因。在北极弹簧的开始处,两种浓度同时降低,直到检测阈值,在几个小时后上升之前直到它们之前的值。这种弹簧稀疏臭氧是由于太阳紫外线辐射的增加后的光电分解。这种解释不适用于汞,这是一种化学稳定的元素。它开始认为,仍然未知的机制导致海上表面的汞沉积物,冰淇淋或沿海北方陆地在每个春天的土地上。

在遵循这条赛道之前,首先需要验证汞的大气浓度也降低在南极。为了了解,来自阿尔弗雷德韦格纳海洋摄影研究所的团队,在不来梅的大学和伊纳纳大学的一支球队,于2000年初,在德国站Neumayer,在伍德尔大海的东北部ekström包。在15个月的住宿期间,由于2000年6月和2001年2月在2001年6月至2001年2月之间,他们在汞的大气浓度中记录了大气浓度。2001年3月和2001年7月,汞浓度几乎没有变化,剩下近1.15纳米立方米,值接近南半球记录的平均浓度的最小值。

同时,臭氧浓度连续增加,这可以通过在南极冬季虚拟缺失的紫外线解释。在阳光中重新出现之后,汞浓度急剧塌陷,直到检测阈值等于每立方米0.1纳米图,而臭氧浓度使其相同。在夏季,从2000年1月到2月和2000年12月到2001年2月,汞浓度的大变化,但这次与臭氧浓度的变化相反。

因此,在北极和南极洲发生了相同的现象。由于难以想象汞的大气浓度与臭氧之间的直接联系,因此假设中间物质介入:它是溴。

溴连接

在20世纪80年代,全球气象组织的Leonard Barrie日内瓦,在大气过滤器中发现了高浓度的溴,同时我们发现了春季臭氧浓度的突然下降。随后的研究表明,溴通过太阳辐射参与臭氧的催化解离。该解离揭示了中间产物:溴氧化物自由基(兄弟)。非常有源,这种激进的氧化物汞,赋予汞氧化物(实心HgO)和汞溴(HgBr2气态)。

每年,在北极春天,“野人爆炸”发生。这种溴在大气中的存在不仅通过地面测量而被证明,而且还通过欧洲卫星来证明 ers 2,显示每个弹簧在极杆上方的卤素存在。这种现象是通过在含有海盐和各种成分的气溶胶的北极夜期间的形成来解释,包括藻类。由风驱动,构成这些气溶胶的颗粒沉积并积聚在包装冰的边缘上。一旦它再次闪耀在地平线上方,春天的阳光就会脱落并释放溴,在较小程度上释放它们含有的氯。这些元素参与形成溴氧化物,袭击汞。随着HaCène的兄弟和他的同事来自加拿大气象服务,两年前春季期间溴的存在将解释恒大汞对杆的突然下降。

为了确信,重要的是研究地面上的汞浓度并表明它在浅表雪表面层的春天增加。为此,需要使用可以检测雪中水星的分析方法。低的浓度衡量不仅需要超精密的装置,而且需要避免实验室中的样品的任何污染。

直到2001年,加拿大气象服务的威廉斯施罗德团队设法衡量了浅表雪中汞的季节变化。 W. SCHROEDER的团队在包装冰上困住了一名加拿大破冰船,她涌向西南部约500公里的冰;每天都采取了新鲜的雪样品,然后分析:雪中的汞浓度是冬季每升八个八纳克,而在弹簧中,它们每升达到35纳米。

该团队通过在加拿大北极和哈德森湾区的东部收集雪样品,通过收集格陵兰和哈德逊湾区的东部,确认了这些结果。加拿大人比较了卫星测量的溴盐浓度和雪覆盖中的汞的变化:它们是平行的。因此,已证明“溴爆炸”与弹簧稀疏的连杆。此外,它意识到春季汞沿海污染的潜在风险。

这场风险已经在两年前指明,当时斯蒂文林德伯格和田纳西州橡木岭实验室的同事开始了在阿拉斯加北部的班奎伊的Barrow气象站的新型措施。由于新的设备,他们第一次能够检测到汞蒸汽,也是气溶胶形式的气体汞的其他化合物或者存在于气溶胶的形式中。然而,这些浓度非常高:向每立方米的纳米图,比在欧洲或北美中测量的值大约100倍。

因此,与我们所认为的含汞的大气化合物相反,含汞的大气化合物不仅在焚烧炉和煤炭厂附近存在,而且弥漫在地球上。专家很惊讶地发现浓度高,在远离任何文明的地区。

汞污染的风险是多少?

对数据的更准确的分析表明,大气中的汞化合物的浓度主要在极性弹簧的开始时增加,同时也是太阳辐射。此外,雪样的分析显示汞沉积物在同一时期增加。因此,在生产可能沉降的各种基于汞的化合物之后,将从大气中消失的汞引入极性生态系统中。根据W. SCHROEDER,每年在北极沉积50至100吨汞。关于抗野宫,我们基于通过卫星测量提供的溴氧化物浓度来估计,即沉积物具有相同的数量级。

面对这些结果,我们问题:这种污染对生态系统的影响是什么?汞仍然被困在雪中吗?它渗透到食物链吗?通过毒性物质的活化的第一步是它的微生物吸收。在汞的情况下,一切都取决于其本身所呈现的化学形式:虽然硫化物或硒化物不溶,但难以吸收生物,但在食物链中容易难以溶解其他形式,更可溶。他们积累,取决于情况,转变为单甲基汞等氯化汞。然而,在极地雪中没有发现有毒的物质。

为促进监测,从曼尼托大学到温尼伯的Karen Scott开发了一种基于转基因细菌来识别梅里利化合物的过程。这些细菌的汞抗性的基因(促进剂)的调节区已联系到荧光素酶酶基因,发光。当生物可编集的汞化合物本身呈现,它穿过细胞膜并到达核。然后汞附着于启动子,并激活荧光素酶的产生。在荧光素存在下,细菌变得发光。生物发光的强度与基于测试液中存在的生物可染色的汞的化合物的量成比例。

由于这种方法,在第一个太阳外观和散耕剂的开始之间分析了从Barrow采取的雪涂层样本。获得的值高:每升高达25纳克。相比之下,加拿大湖泊附近收集的雪样品作为参考的加拿大湖泊不再含有全年每升多种汞纳米图。在冬季在钢板站获得了可比价值,证实汞污染在早春发生。

春天雪中的汞的积累表明了食物链的污染方式。然而,为了评估这种污染的实际范围,我们需要考虑到困境中陷入雪中的部分汞返回大气层。可能会降低汞化合物,释放蒸发的基本汞。已经揭示了各种研究,太阳辐射释放汞化合物中含有的汞,产生有机化合物,例如腐殖酸。

W. SCHROEDER和他的团队是第一个假设汞被困在雪中发出的汞。当它们测量在积雪之上的空气中的各种元素的浓度时,它们发现它们随着到涂层的距离而减小。此外,汞蒸汽浓度在雪晶内和地面内的截留空气中优于优异的空气。汞将在第一厘米雪的一天中形成,随着温度的增加,蒸汽将逃脱。

在2002年春天的格陵兰岛和哈德森湾的竞选期间,Christophe法拉利和他的同事在格勒诺布尔大学的冰川学实验室发现了日常变化,陷入了第一厘米雪际间隙中的汞。最高浓度在下午中期记录 (见对方的盒子)。 S. Lindberg及其同事确定了冰面以气态形式发出的汞比例。他们认为,在春天的雪中固定的汞中固定的汞的约25%在大气中降级,结果与格林队团队的雪地相当。

所有这些结果确认了极地区域中的椭圆体汞的弹簧稀有。在过去二十年中,汞的工业释放已讨论了30%,因此汞在极地地区的过去积累了少于过去。然而,汞的许多生物的污染增加了。汞浓度在白色鲸鱼(Belugas)和密封中增加,海鸟翻了一番。我们仍然不知道为什么。

春季汞稀有是最近的气候现象吗?三十年来,冬季包装冰块的比例在夏季增加;雪之后,融化早些时候。如果北极海洋温暖,空气循环更多,地板温度往往较高。然而,卫星数据表明溴氧化物浓度不会增加永久性包装冰。当它太厚时,冰层不允许藻类的生长,极性气氛中的溴的主要来源。另一方面,每年的包装冰重整是非常薄的,以使藻类和海洋生物所需的光。因此,含有溴在临时包装冰下积聚的生物,然后在弹簧中释放。

其他观察似乎证实汞浓度的弹簧下降是最近的现象。自20世纪70年代初以来,紫外线量 b 谁到达北极的增加,这可能是臭氧层中孔的扩大的结果,剥夺其抗紫外线区域,与含汞的气态化合物的形成直接相关。

所有这些元素似乎表明汞浓度的年下降是近几十年来增加的现象,这将解释汞的原因是汞在杆上侧重于杆子,而这种金属的行星排放减少。然而,仍然目前还不清楚杆是汞陷阱。到目前为止,大气汞的稀缺仅在五个沿海地区(北极和南极洲,一个在南极洲)的稀缺性,这太少了。

为了使数据乘以,2003年5月推出的大气层的化学家成为了措施的主要国际运动。来自法国,德国,意大利,加拿大,挪威和美国的几个团队在Spitzberg站放松,以继续研究极性生态系统的汞浓度波动的后果。

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