Zee-expeditie ontrafelt waarom kwikniveaus zo hoog zijn in het Arctisch gebied

Mercurius in de Arctische Ecosystemen

Mercurius (Hg) is een natuurlijk element dat wereldwijd voorkomt, maar het wordt zeer toxisch naarmate het zich ophoopt in de voedselketen. Vervuiling door menselijke activiteiten heeft steeds meer kwik in de atmosfeer gebracht, en om redenen die nog niet goed begrepen zijn, zijn de niveaus van kwik in het Arctische gebied aanzienlijk hoger, ondanks een relatief dunne bevolking en minder vervuiling.

Kwik komt in het milieu voor als zowel anorganische als organische verbindingen, zoals monomethylkwik (MMHg), de meest bio-beschikbare vorm van kwik die in het voedselsysteem terechtkomt en zich tot toxische niveaus ophoopt in dieren en mensen. De meeste mensen worden blootgesteld aan MMHg via de consumptie van zeevruchten, maar in de Arctic lopen mensen een hoger risico door de consumptie van zeezoogdieren. Klimaatverandering beïnvloedt ook Hg in de poolgebieden, vooral door de toegenomen smelting van ijs en gletsjers, wat leidt tot veranderende invoer van Hg in de mariene wateren.

Een team van onderzoekers, waaronder Professor Robert Mason van de UConn Department of Marine Science en zijn studenten Yipeng He en Hannah Inman, ontwikkelde een studie gericht op de lucht-zeewaterinterface om vragen te beantwoorden over waarom de kwikniveaus (Hg) hoger zijn in het Arctische gebied. Hun bevindingen van een onderzoeks-expeditie in het voorjaar van 2021 zijn gepubliceerd in Science Advances.

Een focus van de studie was een andere organische vorm van Hg, dimethylkwik (DMHg), die ook zeer toxisch is en voornamelijk voorkomt in diepere oceaanwateren, maar kan opwellen naar het oppervlak. DMHg accumuleert niet in dezelfde mate als MMHg in de voedselketen, aangezien het een opgelost gas in water is. Een andere focus was MMHg, dat ook in de atmosfeer kan worden aangetroffen, gehecht aan aerosolen of in neerslag, en de bron van deze MMHg is zeer bediscussieerd.

Mason zegt dat sommigen zich hebben afgevraagd of deze MMHg het resultaat is van reacties die plaatsvinden in de neerslag of in de atmosfeer. Eerdere studies vonden hogere concentraties kwik voor de kust van Californië in wolkenwater en speculeerden over de bronnen ervan. Mason en zijn onderzoeksteam wilden zich richten op de uitwisseling van MMHg en DMHg aan de lucht-zeewaterinterface in de Arctic om deze puzzelende aspecten van de kwikcyclus in meer detail te bestuderen.

“Dimethylkwik kan verloren gaan uit de oceaan als het in hoge concentraties in de oppervlaktewateren aanwezig is. Het idee was dat er in Californië een opwelling van diep oceaanwater naar het oppervlak moet zijn die het dimethylkwik meeneemt,” zegt Mason. Dit onderzoek is de eerste studie die alle metingen in de atmosfeer en het zeewater tegelijkertijd heeft gedaan om dit dynamische puzzelstuk samen te voegen.

De monsters werden aan boord van het onderzoeksschip Sikuliaq verzameld, dat vertrok vanuit Dutch Harbor, Alaska, en de Bering- en Chukchi-zeeën in ging. Onderweg kwamen de onderzoekers opwelend water tegen voor de kust van de Aleoeten. Hier vonden ze hoge concentraties DMHg. Mason legt uit dat DMHg onstabiel is in zonlicht en wordt afgebroken tot MMHg in oppervlaktewateren.

De onderzoekers namen monsters van het water, de oppervlaktelag sneeuw bovenop het ijs en het ijs zelf. Ze testten de monsters op MMHg en ontdekten dat de sneeuw aanzienlijk hogere concentraties bevatte dan het ijs. “De hogere concentraties in deze oppervlaktelag sneeuw, die recent op het ijs was afgezet, tonen de verwijdering van methylkwik uit de atmosfeer aan,” zegt Mason.

Ze concludeerden dat DMHg uit de oceaan komt, naar het noorden wordt getransporteerd en vervolgens in de atmosfeer degradeert tot MMHg. Dit MMHg hecht zich vervolgens aan aerosolpartikels en wordt verwijderd door neerslag. “Onze studie toonde aan dat de hoeveelheid DMHg die aan de atmosfeer wordt afgegeven vanuit het opwelgebied voldoende was om de MMHg in de neerslag en aerosolen over duizenden kilometers van de bron te verklaren,” zegt Mason.

Hij legt uit dat dit het verhaal ingewikkeld maakt en dat dit de focus is van veel van zijn onderzoek naar de uitwisseling van Hg tussen de oceaan en de atmosfeer. “Naast DMHg is elementair Hg ook een opgelost gas in water, en het verlies aan de atmosfeer is een belangrijke verwijderingsmechanisme voor oceaan Hg,” voegt Mason toe. “Over het algemeen beweegt Hg voortdurend tussen de oceaan en de atmosfeer en de netto-invoer van anorganisch Hg en MMHg bepaalt de hoeveelheid MMHg in oceaanwateren en de bioaccumulatie in organismen die door mensen en wilde dieren worden geconsumeerd.”