Forskare har länge förstått att Arktis påverkas av kvicksilverföroreningar, men vet mindre om hur det går till. Avlägsen, kall och till synes orörd, varför är ett så idylliskt landskap så förorenat av denna mycket giftiga metall?

Jag kom nyligen tillbaka från ett tvåårigt forskningsprojekt i Alaska, där jag ledde fältforskning i denna fråga tillsammans med andra forskare från University of Colorado; University of Nevadas Desert Research Institute; universitetet i Toulouse och universitetet i Sorbonne i Frankrike; och Gas Technology Institute i Illinois.

Vårt arbete var den mest omfattande undersökningen hittills av hur kvicksilver deponeras på den arktiska tundran, ett vidsträckt nordligt ekosystem som omger Ishavet. Våra resultat visar att den gasformiga formen av kvicksilver – som släpps ut vid kolförbränning, gruvdrift och andra industriella processer i den industrialiserade världen – lyfts in i regionen på tusentals miles away. I Arktis, det avsätts på tundrajordar och rinner slutligen ut i havets vatten, hotar regionens vilda djur och människor.

Spåra kvicksilverets vägar

Industrialiserade länder och utvecklingsländer släpper ut cirka 2, 000 ton kvicksilver till atmosfären varje år. Globalt, de största källorna är utsläpp från småskalig och hantverksmässig guldbrytning och koleldade kraftverk.

Kvicksilverutsläpp från mänskliga aktiviteter har flera former som beter sig annorlunda i atmosfären Oxiderat kvicksilver, noteras som Hg(II), lägger sig i allmänhet eller regnar ut ur atmosfären nära utsläppskällor. I kontrast, gasformigt elementärt kvicksilver, eller Hg(0), finns kvar i atmosfären under lång tid och kan resa runt jorden.

I Arktis, höga halter av kvicksilver finns i vitvalar, isbjörnar, tätningar, fisk, örnar och andra fåglar. Det betyder att människor också påverkas, särskilt inuiterna, som förlitar sig på traditionell jakt och fiske för mat. Exponering för höga halter av kvicksilver under långa perioder kan leda till neurologiska och kardiovaskulära problem. Forskare har arbetat i mer än två decennier för att fastställa hur kvicksilver tar sig från industriländer till Arktis.

Från atmosfär till växter till jord

Från vår observationsplats norr om Alaskas Brooks Range, vi fastställde att gasformigt elementärt kvicksilver i atmosfären är den dominerande källan till arktiskt kvicksilver. Vi beräknade att det stod för 70 procent av kvicksilvret som letar sig in i tundrajorden. Tidigare studier fokuserade främst på deposition av luftburet oxiderat kvicksilver. Dock, vi uppskattar att oxiderat kvicksilver står för mindre än en tredjedel av kvicksilveravlagringen, och nedfall av regn och snö för endast 2 procent.

Nästa fråga är hur gasformigt kvicksilver faller till marken. Vi fann att växter absorberar det från atmosfären i sina löv, mycket som de tar upp koldioxid. Sedan, när växterna fäller löv eller dör, kvicksilvret de innehåller avsätts i jord.

Detta förklarar troligen varför avrinning från tundrajorden till Ishavet – som andra forskare har uppskattat uppgår till 50 till 85 ton per år – står för hälften till två tredjedelar av den totala kvicksilvertillförseln till Ishavet. Där, det kan omvandlas till mycket giftigt organiskt metylkvicksilver. Eftersom större djur äter mindre djur, det biomagnifierar genom den akvatiska näringskedjan till skadliga nivåer.

Det kan bli värre. Vår studie undersökte inte den potentiella effekten av global uppvärmning, men om klimatförändringarna fortsätter okontrollerat, varmare temperaturer kan destabilisera kvicksilveravlagringar i permafrostjordar och tillåta ännu större mängder att vandra in i arktiska vatten.

Fingeravtryck kvicksilverkällor

Vi samlade våra arktiska data året runt – en stor order på en plats med långa, mörka vintrar när temperaturen sjunker till 40 grader Fahrenheit under noll. Somrarna innebär också utmaningar, speciellt med moln av myggor.

Vi använde ett labb på tundran, som vi besökte regelbundet för att kalibrera och serva våra instrument och för att samarbeta med personal från Toolik Field Station, en forskningsstation som drivs av University of Alaska i Fairbanks. Vår instrumentering inkluderade mätningar av alla större former av kvicksilver i alla miljöområden, inklusive atmosfären, snö, regn, växter, lav, mossor, och tundrajordar och permafrost.

Många av våra instrument möjliggjorde kontinuerliga mätningar under hela året via fjärrkontroll. Vi behövde mäta kvicksilvernivåer året runt för att utveckla årliga kvicksilveravsättningsmassbalanser – uppskattningar av hur mycket kvicksilver som kom in i Arktis från olika källor och vart det tar vägen. Dessutom, mina medarbetare från Frankrike utförde mätningar av stabila kvicksilverisotoper – en ny och kraftfull teknik som gjorde det möjligt för oss att fingeravtrycka olika kvicksilverkällor i miljön.

Vetenskap för att stödja globala åtgärder

Vår forskning understryker vikten av Minamatakonventionen om kvicksilver, det första globala fördraget utformat för att skydda människors hälsa och miljön från detta elements negativa effekter. Mer än 120 länder, inklusive USA, har undertecknat konventionen, som trädde i kraft i augusti 2017.

Pakten kräver att medlemsländerna fasar ut eller minskar kvicksilver från produkter som batterier, vissa glödlampor, kosmetika och bekämpningsmedel. De måste också kontrollera kvicksilverutsläppen från koleldade kraftverk, avfallsförbränning och relaterade industriella processer, och minska eller eliminera kvicksilveranvändning i småskalig guldbrytning och kemisk tillverkning.

Efter denna studie, Jag planerar att fortsätta undersöka om gasformigt kvicksilver också är en dominerande föroreningskälla i andra avlägsna länder, och mekanismen för upptag av växtkvicksilver, som kan vara den huvudsakliga vägen för atmosfäriska kvicksilveravlagringar till land. Forskare, tillsynsmyndigheter och beslutsfattare behöver en bättre förståelse för hur upptaget av gasformigt kvicksilver i växter och jordar påverkar miljön, inklusive världens skogar. Med Minamatakonventionen som ramverk, många nationer kommer att behöva den här typen av vetenskaplig information för att minska riskerna med giftigt kvicksilver.

Denna artikel publicerades ursprungligen på The Conversation. Läs originalartikeln.