海洋水銀汚染

水銀は、大気、水、土壌をさまざまな形で循環し、世界のさまざまな場所に広がる重金属です。この自然な水銀循環により、世界のどの地域から水銀が放出されても、まった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に対する認識が高まっています。2002 年の世界水銀評価では、「世界の水銀問題に対処するための国際行動を遅らせてはならない」と結論付けられています。^[2]水銀汚染の影響を受けている多くの環境の中でも、海は水銀の「保管庫」として機能する可能性があるため、無視できない環境の 1 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80,000～45,000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メートル未満の海域で見つか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高いメチル水銀の形で生体蓄積する可能性があり、魚介類を摂取する人間の健康にリスク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％は海から来ています。したがって、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、海洋の水銀レベルを監視および規制することが重要です。^{[7] [8]}

水銀の放出は、自然および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の地質学的プロセスである。火山は噴火時に地下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として放出される。 ^[9]自然現象は現在の排出量の一定割合を占めるが、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、水銀排出の主な人為的発生源は、職人による小規模金採掘、化石燃料の燃焼、および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、汚染された場所、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]

水銀はさまざま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供給源です。大気沈着は3種類の水銀を海洋に持ち込みます。気体元素水銀（Hg0）は空気と水の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海洋に入ります。^{[11]これらの発生源は}メチル水銀などの有機水銀化合物も放出します。そ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（メチル基の追加または除去）に分類される多くの反応を受ける可能性があります。^[1]

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ります。^{[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コアには、最大5 mg/kg、平均約2 mg/kgの高い総水銀含有量がありますが、これは、歴史的な塩素アルカリ産業などの産業を含む、潮汐地帯の川岸沿いにある歴史的な産業からの排出によるものです。^[12]テムズ川河口の100 kmに沿った堆積物も、最大12 mg/kg、平均2 mg/kgの総水銀含有量を示しており、ロンドン周辺の深部で最高濃度が見つかりました。^[13]テムズ川では、過去および現在の点源からの距離が遠くなること、泥流域での吸着と河川内堆積、および北海南部からの海砂による希釈の結果として、堆積物の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}南シナ海に隣接するマングローブから海洋に流入する堆積物は、一般的に中程度の堆積物水銀（<0.5 mg/kg）である。^{[14] [15]}

世界中で沈没した潜水艦の竜骨にある鋼鉄製のシリンダーには、何トンもの液体水銀が含まれています。その一部は漏れ始め、環境問題を引き起こしています。例えば、1945年にノルウェーの海岸近くに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。

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、このプロセスで小さな反応室として機能し、必要な特別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、非常に単純な可逆反応ではありません。^[16]以下に示すのは、反応中間体を介して起こることを示唆する、海洋エアロゾル水銀光化学の提案された経路です。

光酸化はOHラジカルによって引き起こされ、還元は風と表層の擾乱によって引き起こされると考えられています。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観察され、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、海洋中の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。ただし、海洋で見つかったメチル水銀のほとんどは、その場で（海洋自体の中で）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。ただし、生物的経路の方が優勢です。以下に簡略化した図で示す反応は、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、腐植物質が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は、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も示されており、メチル水銀生成の生物的経路もある可能性があることが示されています。^[18]生成されたメチル水銀は微生物に蓄積されます。そ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ており、健康を非常に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は非常に重要です。

海洋水銀汚染は人間の健康に深刻な脅威をもたらします。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、筋肉の衰弱、聴覚と発話の障害、運動協調性の低下を引き起こす可能性があると述べています。^[19]乳児と発達中の子供は、水銀への曝露により脳と神経系の適切な発達が阻害され、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ます。 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ました。^[20]成人の患者は、極端な流涎、四肢の変形、不可逆的な構音障害と知能低下を経験しました。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および胎児では、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、原始反射などのより深刻な影響を受けた。^{[20] [21]}水銀曝露による毒性作用を避けるため、米国EPA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る。^[21]

人間の健康に加えて、動物の健康も海洋の水銀汚染によって深刻な脅威にさらされています。高濃度水銀が動物の健康に与える影響は、水俣湾の深刻な水銀中毒によって明らかになりました。この中毒では、汚染された魚介類を食べたり、海水から水銀を吸収したりした多くの動物が、非常に奇妙な行動を示し、高い死亡率を示しました。猫が海で溺れたり、単に倒れて死んだりしたため、猫の個体数は事実上消滅し、鳥が空から落ちたり、魚が円を描いて泳いだりするのを目にするのは当たり前のことになりました。^[20]

既存の水銀汚染を浄化するのは、面倒な作業になる可能性がある。しかし、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ある。そのような研究の 1 つはナノテクノロジーに基づくものである。この研究では、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) を使用する。これらの構造は、高い表面積/体積比と表面の質により、重金属毒素を効果的に吸収する。自然界では、サンゴがその表面構造により重金属イオンを吸収できることが長い間観察されており、この新しい技術はナノテクノロジーで「合成サンゴ」を作成するために使用され、海洋の水銀の浄化に役立つ可能性がある。^{[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調査中の新しい材料（特許出願：PCT/US15/55205）がまだ研究中です。この技術は、硫黄とリモネンを使用し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使用することで、非常に持続可能なアプローチになります。科学者は、このポリマーを使用した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]

洗浄プロセスに加えて、石炭火力の使用を最小限に抑え、よりクリーンなエネルギー源に転換し、小規模な職人による金採掘を減らし、産業水銀廃棄物を適切に処理し、政策を実施することは、長期的かつ大規模な計画で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、一般の認識が不可欠です。医薬品の包装や体温計などの水銀を含むアイテムを適切に処分し、水銀を含まない電球や電池を使用し、環境への水銀排出量がゼロまたは最小限の消費者製品を購入することで、世界の生態系を水銀汚染から回復し、将来の世代に海洋の水銀汚染の遺産を最小限に抑えることができます。

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