Quecksilber gelangt durch lokale industrielle Aktivitäten in den Reis und durch die Verbrennung von Kohle. David Woo, CC BY-ND

Quecksilberverschmutzung ist ein Problem, das normalerweise mit Fischkonsum verbunden ist. Schwangeren Frauen und Kindern in vielen Teilen der Welt wird empfohlen, quecksilberarmen Fisch zu sich zu nehmen, um sich vor den negativen gesundheitlichen Auswirkungen, einschließlich neurologischer Schäden, zu schützen, die von einer besonders giftigen Form von Quecksilber, Methylquecksilber, ausgehen.

Einige Menschen in China, dem weltweit größten Quecksilber-Emittenten, sind jedoch mehr Methylquecksilber aus Reis ausgesetzt als Fisch. In einem aktuellen Studieuntersuchten wir das Ausmaß dieses Problems und die Richtung, in die es in Zukunft gehen könnte.

Wir haben herausgefunden, dass Chinas zukünftiger Emissionsverlauf einen messbaren Einfluss auf den Reis Methylquecksilber haben kann. Dies hat wichtige Auswirkungen nicht nur in China, sondern in ganz Asien, wo der Kohleverbrauch nimmt zu und Reis ist ein Grundnahrungsmittel. Es ist auch relevant, da Länder auf der ganzen Welt die Minamata Conventionein globaler Vertrag zum Schutz der menschlichen Gesundheit und der Umwelt vor Quecksilber.

Warum ist Quecksilber ein Problem im Reis?

Messungen von Methylquecksilber in Reis in China aus den frühen 2000s erfolgten in Gebieten, in denen Quecksilberabbau und andere industrielle Aktivitäten zu hohen Quecksilbergehalten im Boden führten, die dann von Reispflanzen aufgenommen wurden. Neuere Forschungen haben dies jedoch gezeigt Methylquecksilber in Reis ist auch in anderen Gebieten Chinas erhöht. Dies deutet darauf hin, dass luftgetragenes Quecksilber - das von Quellen wie Kohlekraftwerken emittiert wird und sich anschließend auf dem Land niederlässt - ebenfalls ein Faktor sein könnte.

Um den Prozess der Methylquecksilberansammlung in Reis durch Ablagerung besser zu verstehen - also Quecksilber aus der Luft, die regnet oder sich im Land niederlässt - haben wir ein Computermodell erstellt, um die relative Bedeutung von Boden und atmosphärischen Quellen von Methylquecksilber zu untersuchen. Dann haben wir projiziert, wie sich zukünftige Methylquecksilberkonzentrationen unter verschiedenen Emissionsszenarien verändern könnten.

Die Konzentrationen von Methylquecksilber in Reis sind niedriger als die in Fisch, aber in Zentralchina essen die Menschen viel mehr Reis als Fisch. Studien haben das berechnet Bewohner in Gebieten mit quecksilberbelastetem Boden verbrauchen mehr Methylquecksilber als die EPA-Referenzdosis von 0.1 Mikrogramm Methylquecksilber pro Kilogramm Körpergewicht pro Tag, ein Niveau, das zum Schutz vor negativen Gesundheitsergebnissen wie einem verringerten IQ eingestellt ist. Neuere Daten legen nahe, dass andere neurologische Entwicklungswirkungen von Methylquecksilber ausgehen könnte bei Konzentrationen unterhalb der Referenzdosis auftreten. Wenige Gesundheitsstudien haben jedoch die Auswirkungen von Methylquecksilber-Exposition auf Reiskunden speziell untersucht.

Um den möglichen Umfang des Problems zu identifizieren, verglichen wir die Gebiete in China, in denen die Quecksilberablagerung aufgrund von Quecksilbermodellen voraussichtlich hoch sein wird, mit Karten der Reisproduktion. Wir haben festgestellt, dass Provinzen mit hoher Quecksilberablagerung auch erhebliche Mengen an Reis produzieren. Sieben Provinzen in Zentralchina (Henan, Anhui, Jiangxi, Hunan, Guizhou, Chongqing und Hubei) machen 48 Prozent der chinesischen Reisproduktion aus und erhalten fast doppelt so viel Quecksilber wie der Rest Chinas.

Wir berechneten, dass die Quecksilberablagerung um fast 90 Prozent oder um 60 Prozent um 2050 steigen könnte. abhängig von zukünftigen Richtlinien und Technologien.

Unser Modellierungsansatz

Um zu verstehen, wie Quecksilber aus der Atmosphäre in Reis als Methylquecksilber eingebaut wird, haben wir ein Modell zur Simulation von Quecksilber in Reisfeldern erstellt. Methylquecksilber wird in der Umwelt durch biologische Aktivität - speziell durch Bakterien - produziert. Dies geschieht häufig in überfluteten Umgebungen wie Feuchtgebieten und Sedimenten. In ähnlicher Weise werden Reisfelder während der Wachstumsperiode überflutet gehalten und die nährstoffreiche Umgebung, die durch Reiswurzeln geschaffen wird, unterstützt sowohl das bakterielle Wachstum als auch die Methylquecksilberproduktion.

Unser Reisfeldmodell simuliert, wie Quecksilber in verschiedenen Teilen des Ökosystems, unter anderem im Wasser, im Boden und in den Reispflanzen, sich zu Methylquecksilber umwandelt, anreichert und umwandelt.

In unserem Modell gelangt Quecksilber über Depositions- und Bewässerungsprozesse in das stehende, überflutete Wasser und bewegt sich dann zwischen Wasser, Boden und Pflanzen. Nachdem wir das Modell initialisiert und kalibriert hatten, führten wir es für die typische Dauer von fünf Monaten durch, von der Pflanzung der Setzlinge bis zur Reisernte und verglichen unsere Ergebnisse mit Messungen von Quecksilber in Reis aus China. Wir führten auch verschiedene Simulationen mit unterschiedlichen atmosphärischen Ablagerungen und Quecksilberkonzentrationen im Boden durch.

Trotz seiner Einfachheit war unser Modell in der Lage, zu reproduzieren, wie Reis Methylquecksilberkonzentrationen in verschiedenen chinesischen Provinzen variieren. Unser Modell konnte genau wiedergeben, wie höhere Quecksilberkonzentrationen im Boden zu höheren Konzentrationen in Reis führten.

Aber der Boden war nicht die ganze Geschichte. Quecksilber aus Wasser - das aus dem überfluteten Wasser in Reisfeldern oder dem im Boden enthaltenen Wasser stammen kann - kann ebenfalls die Konzentration in Reis beeinflussen. Wie viel hängt von den relativen Raten verschiedener Prozesse in Boden und Wasser ab. Unter bestimmten Bedingungen kann ein Teil des Quecksilbers im Reis aus dem Quecksilber in der Atmosphäre kommen, sobald sich das Quecksilber im Reisfeld abgelagert hat. Dies deutet darauf hin, dass sich ändernde Quecksilberemissionen potenziell die Konzentration in Reis beeinflussen könnten.

Zukünftige Emissionen können Reis beeinflussen

Wie werden sich die Quecksilberquoten im Reis in Zukunft verändern?

Wir haben ein Hochemissionsszenario untersucht, das keine neuen Richtlinien zur Kontrolle von Quecksilberemissionen durch 2050 voraussetzt, und ein Niedrigemissionsszenario, in dem China weniger Kohle- und Kohlekraftwerke einsetzt, haben eine fortgeschrittene Quecksilberemissionskontrolle. Mediane chinesische Methylquecksilberkonzentrationen im Reis stiegen im Hochszenario um 13 Prozent und im Niedrigszenario um 18 Prozent. Regionen, in denen der Reis Methylquecksilber am stärksten unter strengen politischen Kontrollen abnahm, befanden sich in Zentralchina, wo die Reisproduktion hoch ist und Reis eine wichtige Quelle von Methylquecksilber darstellt.

Das Management von Quecksilberkonzentrationen in Reis erfordert daher einen integrierten Ansatz, der sowohl die Ablagerung als auch die Verunreinigung von Boden und Wasser berücksichtigt. Das Verständnis der lokalen Bedingungen ist ebenfalls wichtig: Andere Umweltfaktoren, die nicht von unserem Modell erfasst werden, wie zum Beispiel die Acidität des Bodens, können ebenfalls die Methylquecksilberproduktion und die Akkumulation in Reis beeinflussen.

Verschiedene Reiserzeugungsstrategien können ebenfalls helfen - zum Beispiel alternierende Benetzungs- und Trocknungszyklen im Reisanbau können Wasserverbrauch und Methanemissionen sowie Methylquecksilberkonzentrationen im Reis reduzieren.

Unsere Szenarien unterschätzen wahrscheinlich die potenziellen gesundheitlichen Vorteile der Minamata-Konvention in China, die Vertragspartei des Übereinkommens ist. Wir beziehen in unseren Szenarien nur Änderungen der Luftemissionen aus der Stromerzeugung ein, während das Übereinkommen Emissionen aus anderen Sektoren kontrolliert, den Abbau von Quecksilber verbietet und kontaminierte Standorte sowie die Freisetzung von Land und Wasser anspricht.

Die Reduzierung von Quecksilber könnte auch für andere Reisproduktionsländer von Vorteil sein, aber derzeit gibt es wenige Daten außerhalb Chinas verfügbar. Unsere Untersuchungen deuten jedoch darauf hin, dass das Quecksilberproblem nicht nur eine Fischgeschichte ist - und dass politische Maßnahmen tatsächlich etwas bewirken können.

Über den Autor

Noelle Eckley Selin, Associate Professor für Daten, Systeme und Gesellschaft und Atmosphärenchemie, Massachusetts Institute of Technology und Sae Yun Kwon, Assistenzprofessor an der Abteilung für Umweltwissenschaften und -technik, Pohang University of Science and Technology

Dieser Artikel wurde ursprünglich veröffentlicht am Das Gespräch.. Lies das Original Artikel.

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