Peste toată lumea a auzit până acum că ar trebui să limităm consumul de anumiți pești, deoarece aceștia acumulează niveluri ridicate de mercur toxic. Dar nimeni – nici măcar oamenii de știință – nu știe în primul rând cum ajunge acel mercur toxic în ocean.
Iată misterul: Cea mai mare parte a mercurului care intră în ocean din surse de pe uscat sau din aer este doar elementul mercur, o formă care prezintă puțin pericol deoarece ființele vii pot scăpa rapid de el. Tipul de mercur care se acumulează până la niveluri toxice în pește se numește monometilmercur, sau pur și simplu metilmercur, deoarece are o grupare metil, CH3, atașată la atomul de mercur.
Problema este că nu știm de unde provine metilmercurul. Nici pe departe nu intră suficient de mult în ocean pentru a explica cantitățile pe care le găsim în pește. Undeva, cumva, ceva din oceanul însuși transformă mercurul relativ inofensiv în forma metilată, mult mai periculoasă. (A se vedea interacțiunea ciclului mercurului.)
Aceasta este enigma pe care Carl Lamborg, biogeochimist la Woods Hole Oceanographic Institution (WHOI), încearcă să o rezolve. Lamborg a devenit pasionat de mercur în calitate de student la masterat la Universitatea din Michigan și apoi și-a urmat doctoratul la Universitatea din Connecticut cu Bill Fitzgerald, unul dintre cei mai importanți experți în mercurul din ocean. Fitzgerald, care a fost al treilea student care a absolvit programul comun MIT/WHOI și primul în domeniul oceanografiei chimice, și-a dedicat cariera mercurului după ce, în anii 1970, a văzut fotografii cu oameni otrăviți de metilmercurul deversat de la o uzină chimică în Golful Minamata, Japonia. Într-o fotografie celebră, publicată inițial în revista Life, o femeie își leagănă fiica adolescentă, care fusese deformată de expunerea prenatală la metilmercur. (Fotograful, W. Eugene Smith, a retras mai târziu această fotografie și alte fotografii usturătoare de la afișarea publică, la cererea subiecților și a familiilor lor.)
Baia Minamata a fost unul dintre cele mai grave cazuri de otrăvire cu metilmercur, dar, din păcate, nu a fost unic.
„A existat o mulțime de mercur deversat pe vremea când oamenii nu erau sensibili la ceea ce se întâmpla”, a spus Lamborg. „Cuvântul la modă pe care oamenii îl folosesc pentru asta este „mercur moștenit”. Sedimentele de coastă tind să fie cu adevărat ridicate în mercur care a fost aruncat acolo cu 30, 40, 50, 100 de ani în urmă, ca urmare a unor industrii. Și asta ar putea fi încă în joc, pentru că există viermi și crustacee și alte lucruri care trăiesc în noroi și care îl amestecă mereu.”
Marea întrebare
În Golful Minamata, sursa metilmercurului a fost clară. Cunoaștem, de asemenea, sursa celei mai mari părți a mercurului elementar din ocean. O parte provine din surse naturale, cum ar fi erupțiile vulcanice. Aproximativ două treimi provin din activități umane. Cea mai mare sursă unică este arderea combustibililor fosili, în special a cărbunelui, care eliberează în aer 160 de tone de mercur pe an numai în Statele Unite. De acolo, precipitațiile spală mercurul în ocean.
De asemenea, evacuăm efluenți industriali încărcați cu mercur direct în râuri sau în ocean. Acesta nu este doar un flagel al vieții moderne; Lamborg a declarat că o mină de mercur din Slovenia își deversează apele reziduale în Golful Trieste încă din epoca romană.
Dar chiar și deversările mari, cum ar fi aceasta, nu ar reprezenta o amenințare majoră pentru sănătatea umană dacă mercurul nu ar fi transformat în metilmercur, care se difuzează în fitoplancton și apoi urcă în lanțul trofic în cantități care se acumulează mereu. Peștii prădători mari, cum ar fi tonul, de exemplu, conțin de aproximativ 10 milioane de ori mai mult metilmercur decât apa care îi înconjoară.
„Ceva precum o crustacee, care se hrănește prin filtrare, care este foarte aproape de partea de jos a lanțului trofic, nu are, în general, un conținut atât de ridicat de metilmercur ca ceva precum tonul sau macroul sau peștele-spadă sau bibanul dungat – toți peștii, de fapt, pe care ne place foarte mult să îi mâncăm”, a spus Lamborg.
Deci unde și cum are loc transformarea mercurului în metilmercur? Lamborg a spus că procesul este probabil biotic – realizat de către ființe vii. Dincolo de asta, cunoștințele noastre sunt sumare. Știm că peștii nu metilizează mercurul și probabil că nici fitoplanctonul și zooplanctonul nu o fac.
Cu toate acestea, unele specii de bacterii produc metilmercur, ca un produs secundar al respirației lor. Acest lucru a fost observat la bacteriile care trăiesc în sedimentele de pe fundul mării de-a lungul coastelor și pe platformele continentale. S-ar putea să apară, de asemenea, în sedimentele din adâncurile oceanelor, dar nimeni nu a cercetat încă acolo.
În loc de oxigen
La câțiva centimetri adâncime în sedimente, există atât de puțin oxigen încât microbii care trăiesc acolo trebuie să folosească respirația anaerobă. Un mijloc comun este o reacție chimică numită reducere a sulfatului, în care aceștia folosesc sulfatul (SO42-) din apa de mare înconjurătoare pentru respirație și excretă sulfură (S2-) în apă ca produs rezidual. Dacă apa de mare din spațiile poroase din sedimente conține, de asemenea, mult mercur, se pregătește terenul pentru producerea de metilmercur.
Aceasta pentru că sulfura ajută mercurul să pătrundă în celule. Majoritatea formelor de mercur nu pot trece printr-o membrană celulară deoarece sunt legate de molecule mari sau deoarece poartă o sarcină. Dar atunci când ionii de mercur încărcați pozitiv (Hg+2), cea mai comună formă de mercur din ocean, întâlnesc sulfura încărcată negativ, cei doi se leagă. Compusul rezultat, HgS, este mic și lipsit de sarcină – exact cât trebuie pentru a putea trece în celulele microbiene.
După ce se află înăuntru, mercurul este metilat. Oamenii de știință nu au descoperit încă reacțiile chimice implicate în această conversie, dar la scurt timp după ce HgS intră în celulele bacteriene, celulele eliberează metilmercur. O parte din metilmercur difuzează din sedimente în apa liberă. Acolo, este preluat de fitoplancton pentru a-și începe călătoria în susul lanțului trofic.
Dar cât din metilmercurul produs de bacteriile din sedimente ajunge în apa de deasupra? Este aceasta singura sursă a metilmercurului care transformă peștii în toxici?
Lamborg este sceptic în privința acestei idei. El crede că trebuie să existe o altă sursă de metilmercur care să se adauge la totalul oceanic.
„Ceea ce am mestecat este posibilitatea ca o mare parte din metilmercur să provină de fapt din interiorul apei însăși”, a spus el.
Un strat al oceanului bogat în mercur
Lamborg a descoperit că există un strat de apă în ocean, cu o grosime între 100 și 400 de metri, care conține niveluri ridicate de metilmercur. Acesta apare la adâncimi medii ale apei – între 100 și 1.000 de metri sub suprafață, în funcție de diferite locații din ocean. El a văzut stratul ridicat de metilmercur în Marea Neagră, relativ izolată, în largul oceanului din apropierea coastei vestice a Africii și în apele din apropierea Bermudelor. Ceea ce este deosebit de intrigant este că nivelurile maxime de metilmercur apar la adâncimi la care cantitatea de oxigen din apă scade brusc.
„Această scădere a oxigenului este cauzată de tot planctonul care crește mai aproape de suprafață”, a spus el. „Când mor sau când sunt mâncate de alt plancton, acele celule moarte sau rahatul celorlalte planctonuri se scufundă și putrezesc. Această putrefacție consumă oxigen.”
Este posibil ca, la fel ca și bacteriile din sedimente, orice bacterie care trăiește în zonele cu oxigen scăzut din ocean să se bazeze, de asemenea, pe sulfat pentru respirație și ar putea genera metilmercur în zona cu oxigen scăzut din mijlocul apei.
Lamborg urmărește această ipoteză, dar mai întâi a testat o altă posibilitate: dacă metilmercurul din zona cu oxigen scăzut provine de mai sus în apă. Oamenii de știință care studiază fitoplanctonul au descoperit că între 20 și 40 la sută din mercurul din interiorul lor este metilat. Lamborg s-a întrebat: Pe măsură ce fitoplanctonul sau zooplanctonul care îl mănâncă moare, se scufundă și se degradează, se eliberează ceva din acel metilmercur înapoi în apă și se acumulează la adâncimi medii?
Capturați o particulă în cădere
Pentru a afla, Lamborg a colectat particule mici care se scufundau în apă și le-a testat pentru prezența mercurului și a metilmercurului. El a prins particulele în capcane de sedimente – tuburi de policarbonat cu diametrul de aproximativ 3 inch și lungimea de 2 picioare, care au fost suspendate de un cablu la 60 de metri, 150 de metri și 500 de metri sub suprafață.
Înainte de a amplasa capcanele, Lamborg le-a umplut pe fiecare cu apă de mare fără particule. Apoi a adăugat saramură extra-sărată care era atât de densă încât a format un strat distinct pe fundul tubului, care reține particulele.
A lăsat capcanele la locul lor timp de patru zile, apoi le-a tras în sus și a trecut saramura prin filtre plate, rotunde, puțin mai mari în diametru decât o monedă de 25 de cenți. Nu există niciun dubiu atunci când o capcană reușește să adune materialul, a spus Lamborg; reziduul maro fin lăsat pe filtre are un aer de pește în putrefacție. „Miros destul de urât”, a spus el. „Nu e ca rahatul, dar cu siguranță e „eww!”. „
Lamborg a colectat particule care se scufundă în mai multe locații în timpul unei croaziere de cercetare peste Atlantic, din Brazilia până pe coasta Namibiei, în 2007, și le-a adus înapoi în laboratorul său de la WHOI pentru analiză.
Cercetarea mercurului
Pentru a afla cât de mult metilmercur a căzut într-o capcană, Lamborg a convertit tot mercurul de pe filtru în mercur elementar. Apoi a trecut proba peste grăunțe de nisip care fuseseră acoperite cu aur. Numai mercurul se lipește de aur; alte substanțe chimice nu. Apoi Lamborg a încălzit amalgamul de aur-mercur pentru a vaporiza mercurul.
„Acesta este același proces pe care îl foloseau oamenii care făceau mineritul aurului”, a spus Lamborg. „Știți cum este să cauți aur? Strângeai niște mercur în tigaie și îl strecurai în jur, aruncai sedimentele, iar apoi îl încălzeai și ardeai mercurul și lăsai aurul în urmă.”
În versiunea lui Lamborg a procesului, mercurul gazos este produsul valoros. Acesta este aspirat în tuburi de teflon filiforme care îl duc la un spectrometru de fluorescență atomică care determină cât de mult mercur era în probă. Pe o masă din apropiere, mercurul dintr-o probă paralelă este trecut printr-un cromatograf cu gaz pentru a determina ce proporție a fost metilat.
„Acestea sunt unele dintre cele mai dificile probe de analizat pe care le-am întâlnit, deoarece probele sunt foarte mici”, a spus Lamborg. „Există foarte puțin material. Tehnicile pe care le folosim pot detecta metilmercurul în intervalul femtomolar.” Un femtomole de metilmercur ar însemna 0,000000000000215 grame pe litru de apă de mare.
Eșantioanele conțineau mercur elementar, dar, până acum, niciuna dintre probele de la oricare dintre cele trei adâncimi nu a prezentat niveluri substanțiale de metilmercur. Acesta era prezent, dar la niveluri mai mici decât cele găsite în fitoplancton – mult prea puțin pentru a explica nivelurile de metilmercur observate în zona de apă mijlocie.
Pasii următori
Dacă organismele din apele de suprafață nu sunt sursa de metilmercur din stratul de apă mijlocie, de unde provine acel metilmercur? Lamborg a spus că acesta ar putea fi produs de bacteriile din sedimentele de pe platoul continental și eliberat în apă. Curenții ar putea să absoarbă aceste ape bogate în metilmercur de pe platforme și să le ducă în largul oceanului, la o adâncime aproximativ egală cu cea a stratului mijlociu de apă. Alți cercetători explorează această posibilitate.
Lamborg, totuși, este în favoarea ideii că metilmercurul găsit în apele medii este produs acolo, la fel ca în sedimente, de către microbi care reduc sulfatul. El a început recent să lucreze cu microbiologul Tracy Mincer, coleg în cadrul Departamentului de Chimie și Geochimie Marină al WHOI, pentru a identifica genele pe care bacteriile le folosesc pentru a metila mercurul. Cercetările lor ar putea identifica gene similare care să fie căutate la microbii din zona de apă mijlocie cu oxigen scăzut.
Și el este în continuare interesat de acele particule care se scufundă și de rolul pe care acestea l-ar putea juca. Microbii de metilare nu-și pot face treaba decât dacă au mercur cu care să lucreze, iar Lamborg crede că particulele oferă un serviciu eficient de navetă pentru mercurul care intră în straturile de suprafață ale oceanului din atmosferă, din apele subterane sau din râuri.
„Mercurul care intră astăzi în ocean ajunge cumva în acea zonă cu oxigen scăzut”, a spus el. „Aceste particule joacă în continuare un rol important în deplasarea mercurului dintr-o parte a oceanului în care nu are loc metilarea către o parte a oceanului în care are loc.”
-Cherie Winner
Acest studiu a fost sprijinit de National Science Foundation și de Andrew W. Mellon Foundation Awards for Innovative Research la WHOI.
Recomandări privind fructele de mare
Consumul unor cantități mari de fructe de mare pe o perioadă lungă de timp crește riscul de otrăvire cu mercur. Copiii și fetușii sunt deosebit de vulnerabili. Din acest motiv, Agenția pentru Protecția Mediului din SUA și Administrația pentru Alimente și Medicamente recomandă ca femeile însărcinate sau care alăptează, femeile care ar putea rămâne însărcinate și copiii mici să evite complet consumul de pește-spadă, rechin, macrou regal și pește-țiglă; să nu mănânce mai mult de 6 uncii pe săptămână de ton alb (albacore); și să nu mănânce mai mult de 12 uncii pe săptămână de alți pești și crustacee. Dacă mâncați mai mult decât atât într-o săptămână, reduceți consumul în săptămâna următoare pentru a vă menține consumul mediu în limitele sugerate.
EPA și FDA recomandă, de asemenea, ca toți adulții să își limiteze consumul de fructe de mare, în special de specii de prădători principali, cum ar fi peștele-spadă, rechinul și tonul; și ca consumatorii să contacteze agențiile locale sau de stat pentru avize privind siguranța peștelui capturat din lacuri, iazuri și râuri.
Arderea cărbunelui produce un efect dublu de poluanți
În calitate de student absolvent, Carl Lamborg a analizat sedimentele din lacuri îndepărtate, departe de activitățile industriale și miniere. El a descoperit că cantitatea de mercur depusă în acestea a crescut dramatic începând cu mijlocul anilor 1800 – la începutul Revoluției Industriale, când arderea combustibililor fosili a crescut vertiginos.
Cărbunele a fost probabil cel mai mare vinovat. Cărbunele cu conținut ridicat de sulf („murdar”) tinde să fie și el bogat în mercur, iar mercurul tinde să se lipească de sulf. Atunci când arde cărbunele murdar, mercurul este eliberat în atmosferă împreună cu sulful. De acolo, pot fi spălate înapoi pe Pământ de ploaie sau se pot difuza direct în corpurile de apă.
Aceasta este o veste proastă, a spus Lamborg, deoarece bacteriile folosesc sulful în reacții biochimice care, în cele din urmă, transformă mercurul în metilmercur, forma extrem de toxică care se acumulează până la niveluri mortale pe măsură ce urcă în lanțul alimentar.
„Obțineți o dublă lovitură dacă eliberați o cantitate mare de sulf împreună cu mercurul într-un coș de fum, iar acesta ajunge într-un lac, de exemplu”, a spus el. „Veți obține mai mult mercur metilat ca urmare a acestui fapt.”
Veștile bune sunt că acolo unde s-au făcut eforturi pentru a reduce emisiile de mercur, nivelul de mercur din apă a scăzut mult. Lamborg a spus că un mare exemplu în acest sens a avut loc imediat după căderea Zidului Berlinului, iar industriile „murdare” și nereglementate din Europa de Est fie s-au închis, fie au intrat sub incidența reglementărilor de mediu de tip occidental.
„Dintr-o dată, concentrația de mercur din ploaie a început să scadă”, a spus el. „Puteai să-l vezi pur și simplu whoosh! Deci, în mod clar, de îndată ce îți cureți coșurile de fum, mercurul începe să scadă.”
La fel, trecerea la utilizarea cărbunelui „curat” ajută la reducerea cantității de mercur care ajunge în aer și în ocean. Cărbunele curat se numește astfel datorită conținutului său scăzut de sulf, dar „există motive să ne așteptăm ca acesta să fie mai bun și pentru mercur, deoarece mercurul și sulful merg mână în mână”, a declarat Lamborg. „Deci, dacă poți scăpa de sulf, probabil că faci o treabă destul de bună pentru a scăpa de mercur.”
De ce a înnebunit Pălărierul
Otrăvirea cu mercur afectează multe părți ale corpului, în special creierul, rinichii, plămânii și pielea. Simptomele includ obrajii, degetele de la mâini și de la picioare roșii; sângerări din gură și urechi; bătăi rapide ale inimii și tensiune arterială ridicată; transpirație intensă; pierderea părului, a dinților și a unghiilor; orbire și pierderea auzului; tulburări de memorie; lipsă de coordonare; tulburări de vorbire și defecte congenitale.
Cea mai periculoasă formă de mercur este monometilmercurul, de care ființele vii, cum ar fi peștii și oamenii, nu pot scăpa cu ușurință, așa că se acumulează până la niveluri ridicate și toxice în țesuturile lor. Cu toate acestea, și alte forme de mercur pot cauza probleme, dacă expunerea la el este prelungită sau frecventă.
Când Lewis Carroll l-a creat pe Pălărierul Nebun din Alice în Țara Minunilor, el s-a inspirat dintr-o întâmplare obișnuită din vremea sa, la mijlocul anilor 1800. Pălărierii se purtau adesea ca niște nebuni, tremurând și scuipând și fiind excesiv de timizi într-o clipă și extrem de irascibili în următoarea. Dar Carroll s-ar putea să nu fi știut că „nebunia” lor era cauzată de expunerea la mercur, care făcea parte din amestecul pe care îl foloseau pentru a pâsli blănurile din care erau făcute pălăriile lor.
„Sindromul pălărierului nebun” apare și astăzi, adesea la modeliști sau alți pasionați care încălzesc metale care conțin mercur, adesea în zone slab ventilate. Din fericire, această formă de mercur nu se acumulează în organism; dacă expunerea ia sfârșit înainte ca sistemul nervos să sufere daune permanente, simptomele pe care le provoacă sunt complet reversibile. Dacă Pălărierul Nebun ar fi încetat să mai confecționeze pălării de pâslă, el și-ar fi recăpătat în cele din urmă mințile – dar și-ar fi pierdut locul în literatură.
.