Forskare från Duke University har utvecklat en modell som kan förutsäga mängden kvicksilver som släpps ut i ett lokalt ekosystem genom avskogning och småskalig guldbrytning.

Forskningen, som visas online den 11 december i tidskriften Miljövetenskap och teknik , skulle kunna peka på sätt att mildra de värsta effekterna av kvicksilverförgiftning i regioner som de som redan upplever förhöjda kvicksilvernivåer orsakade av guldbrytning.

"Vi har gjort många markmätningar i den peruanska Amazonas av kvicksilvernivåer i vattnet, jord och fisk, sa Heileen Hsu-Kim, professor i civil- och miljöteknik vid Duke University. "Men många områden i Amazonas är inte lättillgängliga, och regeringen har ofta inte de resurser som behövs för att testa lokala webbplatser."

"När du rensar marken för gruvdrift, det lämnar efter sig ett landskap som i princip gick från frodig grönska till karg öken, " sa Hsu-Kim. "Du kan enkelt se effekterna i satellitbilder. Om (regeringar) kunde använda allmänt tillgängliga satellitbilder för att identifiera områden som sannolikt är förorenade, det kan hjälpa dem att fatta välgrundade politiska beslut för att skydda folkhälsan."

De senaste två decennierna har sett en kraftig ökning av illegal och informell guldbrytning i Perus södra Amazonasregion Madre de Dios. Dessa småskaliga operationer involverar vanligtvis att hugga ner alla träd i ett visst område, gräva en stor grop och sedan använda kvicksilver för att utvinna guld från den uppgrävda jorden.

Efter större, grova partiklar separeras, den återstående fina jorden kombineras med vatten och kvicksilver inuti en stor trumma ungefär som ett oljefat, och skakas. Kvicksilvret binder till allt guld i jorden, skapa en stor bit som lätt kan tas bort. Denna bit bränns sedan, avdunstar och släpper ut kvicksilvret i luften samtidigt som det lämnar efter sig rent guld.

Förutom att släppa ut kvicksilver i atmosfären, gruvarbetare tillsätter vanligtvis tre till fyra gånger mer kvicksilver till varje fat än vad som faktiskt behövs, säger Hsu-Kim. Även om detta säkerställer att allt guld extraheras, det betyder också att det finns en stor mängd kvicksilver kvar i slammet som oundvikligen dumpas tillbaka i den utgrävda gropen.

Och eftersom hela processen började med röjningen av träd, det finns inget som hindrar den kvicksilverbelastade jorden från att erodera in i närliggande floder.

"Medan de lokala kvicksilvernivåerna bara kan fördubblas på grund av själva gruvdriften, effekten av erosionen skapar en fyrfaldig ökning av mängden kvicksilver som släpps ut i lokala floder, sa Hsu-Kim.

"Detta betyder att gruvdrift kan träffa människor tre gånger med kvicksilver - en gång från direkt kontakt, en gång från atmosfärisk transport och deponering, och en gång från markkvicksilvermobilisering på grund av markrensning, sa William Pan, Elizabeth Brooks Reid och Whitelaw Reid docent i befolkningsstudier vid Duke. "Scenarierna vi kör visar att även om gruvdriften skulle upphöra idag, eftersom det är osannolikt att växtlighet kommer tillbaka på flera decennier, det röjda landet kommer att fortsätta att släppa ut kvicksilver."

Hsu-Kim och Pan arbetade med doktoranderna Sarah Diringer och Axel Berky för att bygga en modell för att förutsäga mängden kvicksilver och andra föroreningar som släpps ut i floder. Den kombinerar data från en vattendelarerosionsmodell, lokala variabler som årlig nederbörd, landskap och jordarter, och data som samlats in om avskogning från satellitbilder.

När de analyserade kvicksilverhalten i prover av jord och vatten från nio platser i Coloradoflodens vattendelare i Madre de Dios, de fann att deras modell exakt förutspådde vilka områden som sannolikt hade högre vattenkoncentrationer av kvicksilver.

Modellen antyder att under de senaste två decennierna, avskogning har fördubblat mängden kvicksilver som kommer in i lokala vattenkällor i Coloradoflodens vattendelare, och ökade det fyrfaldigt i Puquiri subwatershed. Deras modell tyder också på att om de nuvarande trenderna med avskogning fortsätter, mängden kvicksilver som släpps ut i de lokala flodsystemen kan öka med 20 till 25 procent till 2030.

Även om fynden kan låta dystra, det faktum att modellen fungerar ger lite ljus i slutet av tunneln.

"Vi har delat vår modell med det peruanska miljöministeriet och hälsoministeriet, ", sa Pan. "Vi arbetar med dem för att utvärdera om vårt tillvägagångssätt kan användas som ett verktyg för att utveckla nya policyer för gruvdrift, miljöövervakning av kvicksilver och mänsklig exponering."