Ртуть та її
поведінку в морській екосистемі
Н.М. Юденкова
Серед токсичних
металів ртуть є одним з найбільш небезпечних забруднювачів і тому
являє собою великий інтерес для екотоксикологія. Накопичення монометілртуті
в морському середовищі - важлива проблема, що стосується здоров'я людини, тому що
метилртуті вплив на організм людини відбувається головним чином через
вживання в їжу морських продуктів. Ртуть існує в морському середовищі у вигляді
безлічі фізичних і хімічних форм з величезною різноманітністю властивостей,
які визначають складний механізм її розповсюдження, накопичення в живих
організмах і отруйний ефект. Найбільш важливі хімічні форми ртуті - це
елементарна ртуть (Hg0), неорганічна ртуть (Hg2 +), монометілртуть (CH3Hg +),
діметілртуть (CH3HgCH3). Ці форми в біогеохімічному циклі ртуті можуть
переміщатися в атмосферу, у водне середовище, а також у континентальні екосистеми
[4].
За останнє
десятиліття впровадження вдосконалених методів збору зразків, їх обробки,
поява більш чутливих і спеціалізованих аналітичних приладів, а
також більш глибокі дослідження забруднення ртуттю екосистем значно
поліпшили наявні знання з біогеохімічному циклу. Однак більша частина
еколого-географічних досліджень щодо ртуті за останні десятиліття виконана
для водойм суші, у той час як морським екосистемам приділялося набагато менше
уваги. Відомо, що дані по окремих формах ртуті в морському середовищі рідкісні,
і це створює великі складнощі, пов'язані з визначенням змісту, загальних
обсягів і потоків різних форм ртуті у морській екосистемі.
Глобальний
біогеохімічний цикл ртуті: вплив антропогенного фактору. Ртуть потрапляє у
навколишнє середовище з різних природних і антропогенних джерел. Підраховано,
що антропогенні викиди в атмосферу становлять близько 50-70% від щорічного
надходження (6000-7700 т) ртуті в атмосферу Землі [6]. Антропогенні джерела
- Спалювання палива, побутових і промислових відходів, промислове виробництво
(наприклад, збагачення руди, виплавка металів і їхніх сплавів і інші стадії
металургії) - є основними статтями глобального потоку ртуті у природне
середовище. Разом вони складають щорічний обсяг 3600-4500 т. Природні джерела
являють собою надходження ртуті з океанських вод, у процесі дегазації
мантії, вулканічної діяльності, з геотермальних джерел і районів,
містять великі скупчення ртутних мінералів. Разом ці джерела становлять
3000 т на рік, з яких 1000 т - континентального походження, 2000 т --
морського походження. Глобальні викиди ртуті ростуть, можливо, через
спалювання газу і вугілля, видобутку руди і виплавки металів, промислового
виробництва і спалювання відходів. Важливо зауважити, що кругообіг ртуті на земній
кулі, особливо в океанській частини, продовжує вплив і активний «період життя»
ртуті антропогенного походження (повторне включення в цикл). Приблизно 1/3
загального потоку надходить в кругообіг ртуті (2000 т) циркулює з океану в
атмосферу і назад в океан, і велика частина цих надходжень з океану складається
з мігруючою в кругообігу антропогенної ртуті [3,5].
У розподілі
різних форм ртуті в океанській екосистемі є деякі закономірності.
Наприклад, концентрації розчиненої ртуті в прибережних зонах океану значно
вище, ніж у відкритих частинах. Також високі вони і в глибоководних зонах з
недоліком кисню, де процеси акумуляції ртуті йдуть більш інтенсивно за
рахунок розчинення частинок суспензії. Метиловані форми ртуті були виявлені в
глибинних шарах відкритих частин океану, в продуктивних зонах - там спостерігалися
найвищі концентрації монометілртуті і діметілртуті. Загалом
метиловані форми ртуті складають 10% від загального обсягу ртуті у природному
середовищі. Елементарна ртуть виявлена в активному шарі й у більш глибоких шарах
океану.
Біогеохімічні
поведінка ртуті. Основні шляхи трансформації різних форм ртуті в окремих
природних компонентах вже визначені, хоча механізми реакції середовища і
біологічні види, залучені до процесу перетворення форм ртуті в океані,
залишаються невизначеними. Бактеріальне перетворення неорганічної ртуті в
монометілртуть є важливою особливістю кругообігу ртуті в будь-який морський
екосистемі, так як воно - перша стадія у всьому процесі біоакумуляції.
Процес метилювання відбувається як у водній товщі, так і в опадах прісних
водоймищ і естуарії і здійснюється головним чином завдяки
сульфатредуцірующім бактеріям. У чисто морському середовищі переважною формою
є діметілртуть, а монометілртуть в цьому середовищі виходить шляхом
розкладання діметілртуті. Хоча ще одна точка зору на цей процес полягає
в тому, що обидва процеси відіграють роль в утворенні монометілртуті в морських
водах [4].
Вертикальний розріз
товщі показує наступне переважне розподіл форм ртуті: знижені
концентрації Hg0, іонів Hg2 + і метильованих форм в активному шарі і
збільшення концентрації цих форм під термокліном. Механізм взаємоперетворення
форм ртуті в морському середовищі наступний: Hg2 + перетворюється на елементарну ртуть і
надходить в атмосферу або осідає на зважених частках і постійно
депонується в опадах.
Невеликі
концентрації елементарної ртуті Hg0 і діметілртуті в активному шарі - це
внаслідок газової адсорбції з атмосфери, а осаджена на суспензії метилртуть
потрапляє в активний шар океану з поверхневим стоком з суші. Цікаво, що
метиловані форми ртуті мають максимальну концентрацію під шаром
термокліна.
Діметілртуть
зустрічається головним чином у шарі безпосередньо під термокліном, де
відбувається активне поглинання кисню і де розчинена ртуть є як
джерелом для процесів метилювання, так і продуктом відновлювальних
реакцій.
У глибинних шарах
ртуть, сорбованих на суспензії, розчиняється і з'являються розчинені форми
монометілртуті (CH3Hg) та неорганічної ртуті Hg2 +.
Наявні на
Зараз дані дозволяють припустити, що існує зв'язок між
біопродуктивність поверхневих вод і освітою діметілртуті у глибинних
шарах. Освіта діметілртуті залежить від запасу неорганічної ртуті Hg2 +,
який забезпечується процесами осадження зваженого речовини і
демінералізації, а вони пов'язані з процесами біопродуктивності в поверхневому
шарі. Температура в придонних шарах також впливає на утворення діметілртуті.
Наприклад, підраховано, що в придонних шарах західних частин Середземного моря
швидкість утворення метилртуті в 6 разів вище, ніж в Північній Атлантиці. Важливо
також зазначити, що утворення елементарної форми ртуті в поверхневому шарі,
а також її надходження і вихід в атмосферу в результаті газового обміну - ці
два процеси дуже впливають на долю ртуті у навколишньому середовищі в
цілому. Процес утворення елементарної ртуті, як і освіта метилртуті,
вимагає наявності у воді неорганічної ртуті, на основі якої протікають
реакції відновлення ртуті і метилювання. І тут можна помітити зв'язок
між первинною продуктивністю і змістом елементарної ртуті в
поверхневому шарі морських вод. Процес відновлення ртуті до кінця не вивчений,
але відомо, що він має біологічну основу і втягує фітопланктон і
бактерії.
Шляхи
біоаккумулящіі. Можна з упевненістю сказати, що сучасні дослідження
факторів, що впливають на акумуляцію ртуті в риб, ще не до кінця розкрили
дію цих чинників. Точно встановлено, що збільшення концентрацій ртуті
(головним чином монометілртуті) на верхніх рівня харчового ланцюга нагадує
принцип акумуляції гідрофобних забруднювачів. Незрозуміло, чому монометілртуть
добре розчиняється в жирах, але в той же час акумулюється в більшій мірі
в м'язовій тканині, ніж в жировій. З іншого боку, неорганічні сполуки
ртуті не накопичуються в живих організмах, хоча є ліпофільною, що не
властиво їм за природою. Показано, що споживання ліпофільних нейтральних
сполук ртуті (таких, як HgCl2 і CH3HgCl) призводить до більш високих
концентрацій як неорганічної ртуті, так і монометілртуті в фітопланктоні.
Однак монометілртуть інтенсивніше передається по харчовому ланцюгу, так як вона
накопичується в цитоплазмі клітин фітопланктону (на відміну від неорганічної
ртуті, яка накопичується в мембранах клітин). Тому ступінь асиміляції
метилртуті планктонофагамі в 10 разів вище, ніж для неорганічної ртуті. Таким
чином, екологічне відмінність між неорганічними формами ртуті і метилртуті
складається в основному в характері їх просування по харчового ланцюга [2].
Зміст
монометілруті у риб в кінцевому рахунку визначається хімізмом води (рН, БОЗ,
зміст О2), який контролює освіта монометілртуті і його
споживання на перших стадіях харчового ланцюга. HgCl42-- основна неорганічна
форма ртуті у морській воді, а нейтральний дихлорид ртуті HgCl2 складає всього
лише 3%. Монометілртуть представлена в основному CH3HgCl. Незважаючи на більш
низькі концентрації монометілртуті в порівнянні з неорганічними формами, її
біоакумуляції в планктонофагах в 16 разів вище.
Концентрації ртуті
в м'язової тканини таких риб Північної Атлантики, як тріска, мерланг, камбала,
ліманда, палтус, змінюються в межах від 0,03 до 0,35 мг/кг сирого ваги. У
мідіях (Mutilus edulis) вони знаходяться в межах 0,002-0,17 мг/кг [1,7]. Для
порівняння в таблиці наведені концентрації ртуті в різних видах гідробіонтів
Північної Атлантики:
Район
Період
Hg, мг/г сирої ваги
Джерело
Mutilus edulis
Берген, Норвегія
1993
0,01-0,06
Andersen, 1996
Узбережжя Ірландії
1990
0,28-1,5
Berrow, 1991
Узбережжя Голландії
1985-1990
0,02-0,06
Stronkhorst, 1992
Узбережжя Бельгії
1993
0,026
Vyncke, 1996
Балтійське море
1989-1993
<0,001-0,045
HELCOM, 1996
Гренландія
1980-1982
0,057-0,097
Riget, 1996
Сучасна фонова концентрація
0,005-0,010
OSPAR, 1996
Закінчення табл.
Район
Період
Hg, мг/г сирої ваги
Джерело
Gadus mohrua
Бухта Ліверпуля, Великобританія
1994
0,10
SIME, 1996
Узбережжя Бельгії
1993
0,09
SIME, 1996
Узбережжя Ірландії
1994
0,01-0,07
Nixon, 1996
Зал. Св. Лаврентія, Канада
1992-1995
0,06 +0,023
Gobeil, 1997
Північна частина Північної Атлантики
1994
0,01-0,21
Stange, 1996
Балтійське море
1989-1996
0,002-0,365
HELCOM, 1996
Сучасна фонова концентрація
0,01-0,05
OSPAR, 1996
Таким чином,
поведінка ртуті в морському середовищі залежить від біологічних факторів (включаючи
активність фітопланктону, що впливає на процеси метилювання та відновлення
ртуті у водній товщі, що безпосередньо визначає біодоступність ртуті) та
фізико-хімічних умов морської води (температура, вміст кисню,
зміст органічної речовини). Шляхи біоакумуляції ртуті у морській
екосистемі на сьогоднішній момент не достатньо вивчені. Відомо тільки, що
концентрації ртуті в живих організмах залежать від віку, розміру, кількості
жирової тканини в окремих видах, існують також сезонні відмінності в
накопичення ртуті в гідробіонтах, пов'язані з їх метаболічної активністю.
Також при вивченні поведінки ртуті в морському середовищі слід враховувати
міграційні особливості риб (особливо вертикальні).
Список літератури
Andersen V., Maage L. and Johannesen P. Heavy metals
in blue mussels (Mutilus edulis) in the Bergen Harbor Area, Western Norway
//Bulletin of Environmental Contamination and Toxicology, 1996. - 57. - 589-596
Bloom N. S. On the chemical form of mercury in edible
fish and marine invertebrate tissue// Canadian Journal of Fishery and Aquatic
Sciences, 1992. - 9. - 1010-1017.
Fitzgerald W. F and Mason R. P. The global mercury
cycle: oceanic and antropogenic aspects// In Global and regional mercury
cycles: sources, fluxes and mass balances, 1996. - P. 85-108. Ed. By W.
Baeyerns, K. Ebinghaus and O. Vasiliev. Kluver Academic Publishers, Dordrecht.
Mason R. P., and Fitzgerald W.F. Mercury speciation in
open ocean waters// Water, Air and Soil Pollution, 1996. - 56. - 779-789.
Mason R. P., Fitzgerald W.F., and Morel F. M.
Biogeochemical cucling of elemental mercury: antropogenic influences
//Geochimica et Cosmochimica Acta, 1994. - 58. - 3191-3198.
Nriagu J.O. and Pacyna J.M. Quantitative assessment of
worldwide contamination of air, water and soils by trace metals// Nature, 1998.
- 333. - 134-139.
Pedersen B. Metal concentration in biota in the North
Sea: changes and causes// ICES Journal of Marine Science, 1996. - 53. --
1008-1013.
Для підготовки
даної роботи були використані матеріали з сайту http://elib.albertina.ru/
