海洋水銀汚染
海洋における水銀汚染の発生源と化学[ 1 ]

水銀は重金属であり、大気、水、土壌を様々な形で循環し、世界の様々な地域に及んでいます。この自然な水銀循環により、世界のどの地域から水銀が排出されても、全く別の地域に影響を及ぼす可能性があり、水銀汚染は世界的な懸念事項となっています。水銀汚染は現在、世界的な問題として認識されており、人為的な水銀排出を最小限に抑え、水銀汚染を浄化するための国際行動計画への意識が高まっています。2002年の世界水銀評価は、「世界的な水銀問題に対処するための国際的な行動を遅らせるべきではない」と結論付けています。[ 2 ]水銀汚染の影響を受ける多くの環境の中でも、海洋は水銀の「貯蔵庫」として機能する可能性があるため、無視できない環境の一つです。[ 3 ]最近のモデル研究によると、海洋に放出される人為的水銀の総量は約8万～4万5千トンと推定されており、この量の3分の2は、多くの食用魚が生息する水深1000メートルより浅い海域に存在すると推定されています。[ 4 ]水銀は海洋食物連鎖の中で、毒性の強いメチル水銀の形で生体蓄積し、魚介類を摂取する人に健康被害をもたらす可能性があります。[ 5 ] [ 6 ]統計によると、世界の魚介類消費量の約66%は海産です。そのため、魚介類の消費を通じてますます多くの水銀が人間に届くのを防ぐために、海洋の水銀濃度を監視・規制することが重要です。[ 7 ] [ 8 ]

出典

水銀の放出は、自然プロセスと人為的プロセスの両方を通じて起こる。自然プロセスは主に火山活動や土壌を通じた陸地への放出など地質学的である。火山は噴火時に地下の貯留層から水銀を放出する。陸地への放出は通常、土壌が辰砂（不溶性硫化水銀、HgS）などの鉱物で強化されているプレートテクトニクス境界に近い地域で観測される。この水銀は通常、岩石の自然風化または地熱反応によって塩の形で放出される。[ 9 ]自然現象は現在の排出量の一定の割合を占めるが、人為的排出だけでも環境中の水銀濃度を3倍に増加させている。[ 10 ]世界水銀評価2013では、人為的な水銀排出の主な発生源は、職人による小規模金採掘、化石燃料の燃焼、非鉄金属の一次生産であるとされている。セメント製造、消費財廃棄物、火葬場、汚染地、塩素アルカリ産業などの他の発生源も比較的小さな割合で寄与している。[ 10 ]

水銀は様々な方法で海洋に入ります。大気沈着は海洋における水銀の最大の排出源です。大気沈着によって3種類の水銀が海洋に排出されます。気体状の元素水銀（Hg0）は、気水交換によって海洋に入ります。無機水銀（Hg2+/HgII）と粒子結合水銀（Hg(P)）は、湿性沈着と乾性沈着によって海洋に入ります。さらに、水銀は河川、河口、堆積物、熱水噴出孔などからも海洋に入ります。[ 11 ]これらの排出源からはメチル水銀などの有機水銀化合物も放出されます。これらが海洋に入ると、主に酸化還元反応（電子の獲得または喪失）、吸着プロセス（固体粒子への結合）、メチル化、脱メチル化（メチル基の付加または除去）に分類される多くの反応を起こす可能性があります。[ 1 ]

堆積性水銀

水銀は、都市の河口からの汚染された堆積物の下流への移動と再堆積の結果として、海や外洋に流入する可能性がある。[ 12 ]たとえば、英国のマージー川の潮汐地帯の表面堆積物と堆積物コアには、歴史的な塩素アルカリ産業など、潮汐地帯の川岸に沿って位置していた歴史的な産業からの排出により、最大 5 mg/kg、平均約 2 mg/kg の高い総水銀含有量が存在する。[ 12 ]テムズ川河口の 100 km にわたる堆積物でも、最大 12 mg/kg、平均 2 mg/kg の総水銀含有量が見られ、最高濃度はロンドン周辺の深部で確認されている。[ 13 ]テムズ川では、過去および現在の点源からの距離の増大、泥流域での吸着と河川内沈着、および北海南部からの海砂による希釈の結果として、堆積性水銀含有量が徐々にかつ統計的に有意に減少している。 [ 13 ]対照的に、米国東海岸の湿地の入り江や南シナ海周辺のマングローブから海に流入する堆積物は、一般的に中程度の堆積性水銀（<0.5 mg/kg）である。[ 14 ] [ 15 ]

潜水艦

世界中で沈没した潜水艦の竜骨に埋め込まれた鋼鉄製のシリンダーには、数トンもの液体水銀が保管されています。中には漏洩し始め、環境問題を引き起こしているものもあります。例えば、 1945年にノルウェー沖で沈没したドイツの潜水艦U-864には、67トンの水銀が含まれていました。

化学

海洋エアロゾルにおける水銀の光化学
微生物による水銀の化学変換

水銀の還元と酸化は、主に海水面近くで起こります。これらは太陽光または微生物の活動によって引き起こされます。紫外線照射下では、元素水銀は酸化され、海水に直接溶解するか、他の粒子と結合します。逆反応では、一部の水銀Hg2+が元素水銀Hg(0)に還元され、大気中に戻ります。大気中の海水滴などの微細エアロゾルは、このプロセスにおいて小さな反応室として機能し、必要な特殊な反応条件を提供します。海洋における水銀の酸化と還元は、それほど単純な可逆反応ではありません。[ 16 ]以下に示すのは、反応性中間体を介して起こることを示唆する、海洋エアロゾル中の水銀光化学反応の提案経路です。

光酸化は OH ラジカルによって引き起こされると考えられており、還元は風と表層の擾乱によって引き起こされます。暗闇では、微生物の活動により水銀の酸化還元反応が継続します。生物学的変換は異なり、上記の太陽光によって引き起こされるプロセスと比較して速度が遅くなります。[ 1 ]無機水銀 Hg2+ とメチル水銀は、粒子に吸着される能力があります。結合の正の相関は、有機物の量とこれらの水銀種の濃度に対して見られ、それらのほとんどが有機物に結合することを示しています。[ 17 ]この現象は、海洋における水銀の生物学的利用能と毒性を決定できます。一部のメチル水銀は、河川の流出によって海洋に放出されます。しかし、海洋で見つかったメチル水銀のほとんどは、その場（海自体の内部）で生成されます。[ 11 ] 無機水銀のメチル化は、生物的および非生物的経路を介して発生する可能性があります。しかし、生物的経路の方がより優勢です。以下の簡略化された図に示されている反応は、実際には微生物細胞内で起こる複雑な酵素駆動型代謝経路の一部です。

非生物的反応では、腐植物質はメチル化剤として作用するため、このプロセスは分解中の有機物が無機水銀 Hg2+ と結合できる浅い海面で発生します。9 極地での水銀メチル化研究でも、メチル化と水中のクロロフィル含有量の間に正の相関関係があることが示されており、メチル水銀生成の生物的経路もある可能性があります。[ 18 ]生成されたメチル水銀は微生物に蓄積されます。これらの微生物に依存する他の種ではメチル水銀の浸透性が高く分解されないため、この非常に有毒な化合物は海洋食物連鎖を通じて頂点捕食者に生物濃縮されます。多くの人間は食物連鎖の頂点捕食者である多くの種類の海水魚を消費し、健康を重大な危険にさらしています。したがって、さらなる水銀排出を最小限に抑え、既存の水銀汚染を除去するための可能な解決策を見つけることが極めて重要です。

健康リスク

海洋水銀汚染は人体の健康に深刻な脅威をもたらしている。米国環境保護庁（EPA）は、あらゆる年齢層の人々が水銀を摂取すると、周辺視力の喪失、筋力の低下、聴覚と言語障害、運動協調の低下などの症状を引き起こす可能性があると述べている。[ 19 ]乳幼児や発達期の子供は、水銀への曝露により脳や神経系の正常な発達が阻害され、記憶、認知的思考、言語能力、注意力、微細運動能力が損なわれるため、さらに深刻な健康リスクに直面している。 1950年代に日本の水俣湾で発生した水俣病の事例は、極めて高濃度の水銀への曝露の恐ろしい影響を実証した。[ 20 ]成人の患者は、極度の流涎、四肢の変形、不可逆的な構音障害と知能低下を経験した。母親が汚染された魚介類を摂取することで水銀に曝露した小児や胎児では、広範囲にわたる脳病変が観察され、患者は脳性麻痺、知的障害、原始的反射などのより深刻な影響を受けました。[ 20 ] [ 21 ]水銀曝露による毒性影響を避けるため、米国環境保護庁は水銀の摂取量を0.1μg/kg/日に制限することを勧告しています。[ 21 ]

海洋水銀汚染は、人間の健康だけでなく、動物の健康にも深刻な脅威を与えています。高濃度水銀が動物の健康に及ぼす影響は、水俣湾における深刻な水銀中毒によって明らかになりました。多くの動物が汚染された魚介類を摂取したり、海水から水銀を吸収したりしたため、極めて異常な行動を示し、高い死亡率を示しました。猫は海で溺死したり、そのまま倒れたりしたため、猫の個体数は事実上消滅し、空から鳥が落ちてきたり、魚が円を描いて泳いだりする光景が日常的なものとなりました。[ 20 ]

予防と治療

合成サンゴ

既存の水銀汚染の浄化は、骨の折れる作業となる可能性があります。しかしながら、この困難な課題に希望をもたらす有望な研究がいくつか進行中です。その一つがナノテクノロジーを基盤とした研究です。サンゴの構造を模倣した合成酸化アルミニウムナノ粒子（Al₂O₃）が用いられます。これらの構造は、高い表面積/体積比と表面品質により、重金属毒素を効果的に吸収します。自然界では、サンゴがその表面構造によって重金属イオンを吸収することが長年観察されており、この新しい技術はナノテクノロジーにおいて「合成サンゴ」の作成に利用されており、海洋中の水銀浄化に役立つ可能性があります。[ 22 ] [ 23 ]

オレンジの皮を原料として水銀汚染を除去する可能性を探る、もう一つの新規材料（特許出願：PCT/US15/55205）が現在も研究中です。この技術は、硫黄とリモネンを用いて硫黄リモネンポリサルファイド（提案材料）を生成します。このポリマーの製造に産業副産物を利用するため、非常に持続可能なアプローチとなっています。科学者らは、このポリマーを用いた1回の処理で水銀含有量を50%削減できると述べています。[ 24 ]

浄化プロセスに加え、石炭火力発電の利用を最小限に抑え、よりクリーンなエネルギー源への移行、小規模な職人的金採掘の削減、産業用水銀廃棄物の適切な処理、そして実施政策は、長期的かつ大規模な計画において水銀排出量を削減するための健全なアプローチです。この目標を達成するには、国民の意識向上が不可欠です。医薬品包装や体温計などの水銀含有製品の適切な廃棄、水銀フリーの電球や電池の使用、そして環境への水銀排出量がゼロまたは最小限に抑えられた消費者製品の購入は、世界の生態系を水銀汚染から回復させ、将来の世代に海洋への水銀汚染の遺産を最小限に抑える上で大きな違いをもたらす可能性があります。

参照

参考文献

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