Samspelet mellan kvicksilver och mangan i arktiskt havsvatten kan förklara en överraskande droppe som forskare hittat i kvicksilverhalter i Barents hav under vintern.

Under det senaste decenniet har forskare lärt sig mycket om polarnatten – de har upptäckt allt från hur små marina djur vandrar upp och ner i havet som svar på månens svaga ljus, till sjöfåglar som dyker ner i det becksvarta havet. festa på självlysande plankton och krill.

Men vad som är mindre känt är hur kemin i ishavets vatten förändras under denna period, när solen står helt under horisonten under ett helt dygn.

Nu, i en artikel publicerad i Nature Geoscience , Norges tekniska universitets (NTNU) forskare rapporterar om en överraskande trend som de upptäckte i kvicksilvernivåer i havet under polarnatten.

"Vi fann att den totala kvicksilverkoncentrationen i Barents hav minskade med cirka 33% från sommar till vinter", säger Stephen G. Kohler, en Ph.D. kandidat vid NTNU:s marinkemi- och biogeokemigrupp vid Kemiska institutionen och första författare till artikeln.

Första vintermätningar någonsin

Dessa mätningar är de första vinterrapporterna någonsin om detta element i Ishavets vatten.

De genomfördes som en del av Nansen Legacy Project, ett sju år långt samarbete mellan 10 norska forskningsinstitutioner som involverar studier av de fysiska och biologiska aspekterna av Barents hav under alla fyra årstider.

"Allt vi har gjort och vet om Arktis hittills är helt baserat på när vi fick åka dit, vilket mestadels var på sommaren," sa Kohler. "Och det faktum att vi nu har en ögonblicksbild av vad som händer under den mörka perioden ger oss mer insikt i hela kvicksilvercykeln."

Problemet med kvicksilver

Vad som händer med kvicksilvernivåerna i Arktis spelar roll eftersom en specifik giftig form av kvicksilver, kallad metylkvicksilver, kan hitta sin väg in i näringsväven.

Detta innebär risker för hälsan för djur i toppen av näringskedjan, såsom isbjörnar, och för norrländska ursprungsbefolkningar som konsumerar förorenad fisk och sälar som en vanlig del av sin kost.

Men det som Kohler och hans kollegor är intresserade av är mycket mer fundamentalt än så här – de vill veta de grundläggande mekanismerna genom vilka kvicksilver rör sig i arktiska vatten.

Konstnärliga kvicksilverkällor transporteras till Arktis via luften eller i vattnet. En stor mänskligt orsakad källa till atmosfäriskt kvicksilver kommer från kolförbränning. Detta kvicksilver i atmosfären kan avsättas på den arktiska ytan på grund av kemiska reaktioner orsakade av solljus. Dessutom inkluderar naturliga kvicksilverkällor till Ishavet utsläpp från smältande permafrost till flodvatten och landerosion.

När planeten värms upp under de kommande decennierna kommer mer och mer permafrost att smälta och släppa ut mer kvicksilver till arktiska vatten. Det gör det viktigt att förstå hur elementet beter sig, i alla dess olika former, och under hela året, sa Kohler.

Sommarökning, vinterminskning

Kohler och hans kollegor observerade högre kvicksilverhalter i ythavsvatten under sommaren eftersom solen är uppe och allt har tinat, från havsis till floder, som alla kan leverera kvicksilver till havet.

"Det är varmare på sommaren. Så det kommer in mer flodvatten, ljus i atmosfären och därför kommer det mer kvicksilver in", sa Kohler.

Så du kan förvänta dig att under vintern, när Arktis är mörkt och fruset, skulle kvicksilvervärdena förbli desamma, eftersom alla tillförseln har stoppats. Men vad Kohler och hans kollegor såg, en 33-procentig minskning av den totala kvicksilvermängden jämfört med sommarvärden, fick dem att leta efter en förklaring.

Partikelrensning

Kohler och hans kollegor, inklusive postdoc Nicolas Sanchez, mätte också nivåer av andra metaller i havsvatten, inklusive järn och mangan.

Och vad de fann var att manganhalterna minskade även på vintern. I havsvatten kan mangan bilda små partiklar som sedan drar till sig kvicksilvret som finns i havsvattnet, i en process som kallas rensning.

Dessa partiklar kan bli tillräckligt tunga för att sjunka till havets botten. Forskarna föreslog att dessa partiklar är ansvariga för att ta kvicksilvret till djupare vatten och sediment.

"Skolning är när partiklarna i princip bara tar tag i kvicksilver från vattnet och tar med det på resan", sa Kohler.

Även om denna rensning tar bort kvicksilver från ytskikt, betyder det ökningar av kvicksilver i sediment, dit det förs med av manganpartiklarna.

Mer giftigt kvicksilver i framtiden

Det är inte nödvändigtvis goda nyheter, även om det verkar som det kan vara det.

När väl kvicksilver når havets sediment kan det påverkas av bakterier som lever i sedimenten. Dessa bakterier kan omvandla kvicksilver till sin giftiga form, metylkvicksilver.

Allt detta betyder att mer giftigt kvicksilver kan hitta sin väg in i arktiska näringsnät, sa Kohler.

"I framtiden kommer stigande temperaturer orsakade av klimatförändringar att göra det möjligt för mer kvicksilver att frigöras från kvicksilverrik permafrost runt polcirkeln under sommaren", sade han. "Detta kvicksilver levereras till Ishavet via floder. Som ett resultat av detta, ökande mängder kvicksilver i ytvatten indikerar ökande mängder kvicksilver som sjunker till djupet på vintern, vilket potentiellt kan resultera i mer giftig metylkvicksilverbildning i det framtida Ishavet." + Utforska vidare

Förutsäga en regions sannolikhet att få fisk med giftiga nivåer av metylkvicksilver