Cambridge, messe - 21. maj 2012 - Miljøforskere ved Harvard har opdaget, at den arktiske akkumulering af kviksølv, et giftigt element, er forårsaget af både atmosfæriske kræfter og strømmen af cirkumpolare floder, der fører elementet nord ind i det arktiske hav.
Mens den atmosfæriske kilde tidligere blev anerkendt, ser det nu ud til, at dobbelt så meget kviksølv faktisk kommer fra floderne.
Lena-floddeltaet. Lena er en af flere store floder, der strømmer nordpå ind i det arktiske hav. (Satellitbillede med falsk farve med tilladelse fra NASA.)
Åbenbaringen indebærer, at koncentrationen af toksinet yderligere kan stige, når klimaændringerne fortsat ændrer regionens hydrologiske cyklus og frigiver kviksølv fra opvarmning af arktiske jordarter.
”Arktis er et unikt miljø, fordi det er så fjernt fra de fleste menneskeskabte (menneskelig-påvirkede) kilder til kviksølv, men vi ved alligevel, at koncentrationen af kviksølv i arktiske havpattedyr er blandt de højeste i verden,” siger hovedforfatter Jenny A. Fisher, en postdoktor i Harvards Atmospheric Chemistry Modelling Group og Department of Earth and Planetetary Sciences (EPS). ”Dette er farligt for både livet i havet og mennesker. Spørgsmålet fra et videnskabeligt synspunkt er, hvor kommer det kviksølv fra? ”
Resultaterne af undersøgelsen, som blev ledet i fællesskab af Harvard School of Engineering and Applied Sciences (SEAS) og Harvard School of Public Health (HSPH), blev vist i tidsskriftet Nature Geoscience den 20. maj.
Kviksølv er et naturligt forekommende element, der er beriget i miljøet af menneskelige aktiviteter såsom kulforbrænding og minedrift. Når det omdannes til methylmercury ved mikrobielle processer i havet, kan det ophobes i fisk og dyreliv i koncentrationer op til en million gange højere end de niveauer, der findes i miljøet.
”Hos mennesker er kviksølv et potent neurotoksin,” forklarer co-principale efterforsker Elsie M. Sunderland, Mark og Catherine Winkler lektor i akvatisk videnskab ved HSPH. "Det kan forårsage langsigtede udviklingsforsinkelser hos udsatte børn og forringe hjerte-kar-sundhed hos voksne."
Kviksølv betragtes som et vedvarende bioakkumulerende toksin, fordi det forbliver i miljøet uden at nedbryde; når den rejser op i fødekæden, fra plankton til fisk, til havpattedyr og mennesker, bliver den mere koncentreret og farligere.
”Urbefolkningen i Arktis er især modtagelige for virkningen af eksponering for methylkviksølv, fordi de spiser store mængder fisk og havpattedyr som en del af deres traditionelle diæt,” siger Sunderland. ”At forstå kilderne til kviksølv til det arktiske hav og hvordan disse niveauer forventes at ændre sig i fremtiden er derfor nøglen til at beskytte sundheden for de nordlige befolkninger.”
Sunderland overvågede undersøgelsen sammen med Daniel Jacob, Vasco McCoy familieprofessor i atmosfærisk kemi og miljøteknik ved SEAS, hvor Sunderland også er tilknyttet.
Kviksølv kommer ind i Jordens atmosfære gennem emissioner fra kulforbrænding, affaldsforbrænding og minedrift. Når den er luftbåren, kan den drive i atmosfæren i op til et år, indtil kemiske processer gør det opløseligt, og det falder tilbage til jorden i regn eller sne. Denne deponering spredes over hele verden, og meget af det kviksølv, der afsættes til arktisk sne og is, genudslippes til atmosfæren, hvilket begrænser virkningen på det arktiske hav.
”Derfor er disse flodkilder så vigtige,” siger Fisher. ”Kviksølvet går lige ud i havet.”
De vigtigste floder, der strømmer til det arktiske hav, er i Sibirien: Lena, Ob og Yenisei. Dette er tre af de 10 største floder i verden, og tilsammen tegner de sig for 10% af al udledning af ferskvand til verdenshavene. Det arktiske hav er lavt og lagdelt, hvilket øger sin følsomhed over for tilførsler fra floder.
Tidligere målinger havde vist, at kviksølvniveauerne i den arktiske lavere atmosfære svinger i løbet af et år og steg kraftigt fra forår til sommer. Jacob, Sunderland og deres team brugte en sofistikeret model (GEOS-Chem) af forholdene i det arktiske hav og atmosfære for at undersøge, om variabler som smeltende is, interaktion med mikrober eller mængden af sollys (som påvirker kemiske reaktioner) kunne forklare for forskellen.
At inkorporere disse variabler var imidlertid ikke nok.
GEOS-Chem-modellen, der understøttes af strenge miljøobservationer og mere end et årti med videnskabelig gennemgang, kvantificerer de komplekse nuancer i hav-is-atmosfærens miljø. Det tager for eksempel hensyn til havblanding i forskellige dybder, kviksølvkemien i havet og atmosfæren og mekanismerne for atmosfærisk afsætning og genudledning.
Da Harvard-teamet tilpassede det til deres arktiske kviksølvsimuleringer, var den eneste justering, der kunne forklare spidsen i sommerkoncentrationer, inkorporeringen af en stor kilde til det arktiske hav fra cirkumpolære floder. Denne kilde var ikke blevet genkendt tidligere.
Som det viser sig, stammer cirka dobbelt så meget kviksølv i det arktiske hav fra floderne som fra atmosfæren.
Forskernes nye model beskriver de kendte input og output af kviksølv til Det Arktiske Ocean. (Billedet er tilladt af Jenny Fisher.)
Forskernes nye model beskriver de kendte input og output af kviksølv til Det Arktiske Ocean. (Billedet er tilladt af Jenny Fisher.)
”På dette tidspunkt kan vi kun spekulere i, hvordan kviksølv kommer ind i flodsystemerne, men det ser ud til, at klimaændringer kan spille en stor rolle,” siger Jacob. ”Når de globale temperaturer stiger, begynder vi at se områder med permafrost, der optøer og frigiver kviksølv, der var låst i jorden; vi ser også den hydrologiske cyklus ændre sig, hvilket øger mængden af afstrømning fra nedbør, der kommer ind i floderne. ”
”En anden medvirkende faktor,” tilføjer han, “kunne være afstrømning fra guld-, sølv- og kviksølvminer i Sibirien, som muligvis forurener vandet i nærheden. Vi ved næsten intet om disse forureningskilder. ”
Når det forurenede flodvand strømmer ind i det arktiske hav, siger Jacob, bliver havets overfladelag overmættet, hvilket fører til det, som forskere kalder en ”unddragelse” af kviksølv fra havet til den nedre atmosfære.
”Iagttagelse af den overmættede overmættelse og ønsker at forklare det er det, der oprindeligt motiverede denne undersøgelse,” siger Fisher. ”At relatere det til arktiske floder var detektivarbejde. De miljømæssige konsekvenser af dette fund er enorme. Det betyder for eksempel, at klimaændringer kan have en meget stor indflydelse på arktisk kviksølv, større end virkningen af at kontrollere emissioner til atmosfæren. Nu er der behov for mere arbejde for at måle kviksølv, der udledes af floder og for at bestemme dets oprindelse. ”
Fisher, Jacob og Sunderland blev medlem af dette værk af medforfatterne Anne L. Soerensen, en forsker ved SEAS og HSPH; Helen M. Amos, en kandidatstuderende i EPS; og Alexandra Steffen, en atmosfærisk kviksølvsspecialist hos Environment Canada.
Arbejdet blev støttet af National Science Foundation's Arctic System Science Program.
Genudgivet med tilladelse fra Harvard University.