I termometri a mercurio sono davvero pericolosi? In termini di "assorbimento di mercurio", ha sopportato troppo...

Credo che tutti conoscano i termometri a mercurio, ma come tutti sappiamo, il mercurio è un metallo pesante biologicamente tossico. Anche la Convenzione di Minamata sul mercurio stabilisce chiaramente: "Dal 1° gennaio 2026 sarà vietata la produzione di termometri e sfigmomanometri contenenti mercurio".

La domanda è quindi: quali danni provoca il mercurio agli organismi? Il mercurio presente in natura verrà assorbito dalle piante?

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Mercurio: un assassino astuto

Il mercurio ha proprietà fisiche e chimiche particolari. A temperatura e pressione normali, il mercurio è l'unico metallo pesante che si trova in forma liquida e può esistere stabilmente nell'atmosfera per lungo tempo sotto forma di elemento gassoso. In natura, il mercurio è un elemento metallico pesante in tracce con un contenuto molto basso, ma la sua tossicità biologica è estremamente elevata. Soprattutto per il metilmercurio, anche livelli di esposizione molto bassi possono causare una notevole ecotossicità...

L'incidente della "malattia di Minamata", verificatosi in Giappone negli anni '60, è stato il più grave episodio di avvelenamento da mercurio della storia. La fabbrica scaricava nella baia di Minamata una grande quantità di acque reflue non trattate, contenenti mercurio, provenienti dalla produzione industriale. Il mercurio presente nell'ambiente acquatico è stato convertito in metilmercurio, un composto altamente tossico, che può essere bioingrandito fino a 1 milione di volte lungo la catena alimentare. I residenti che avevano consumato per lungo tempo frutti di mare contenenti mercurio sono rimasti vittime di questo incidente di inquinamento da metilmercurio.

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Il mercurio, in quanto inquinante globale, può essere trasportato su lunghe distanze attraverso la circolazione atmosferica. Per proteggere gli esseri umani e l'ambiente dagli effetti dell'inquinamento da mercurio, la Convenzione di Minamata sul mercurio è entrata ufficialmente in vigore il 16 agosto 2017. I paesi firmatari devono rispettare la convenzione internazionale sul mercurio e ridurre l'uso di prodotti contenenti mercurio e le emissioni di mercurio di origine antropica.

La riserva totale di mercurio atmosferico globale ammonta a circa 5.000-5.500 tonnellate, di cui la ricerca sul flusso di emissioni di mercurio da fonti antropiche è relativamente chiara, attestandosi a circa 2.000 tonnellate all'anno. Tuttavia, vi è grande incertezza nel processo di emissione del mercurio da fonti naturali e attualmente è difficile per la comunità scientifica stimarne con precisione il flusso. In particolare, si stima che lo scambio di mercurio tra gli ecosistemi forestali globali e l'atmosfera sia pari a "-727~703 tonnellate/anno", il che rende impossibile per gli scienziati stabilire se gli ecosistemi forestali siano la fonte o il pozzo del mercurio atmosferico.

Pertanto, una stima accurata della relazione sorgente-pozzo di mercurio tra foreste e atmosfera favorisce una razionale ripartizione delle responsabilità nell'attuazione della Convenzione di Minamata e fornisce un ragionevole supporto ai negoziati per l'attuazione scientifica.

Oltre a danneggiare gli esseri umani, il mercurio danneggia anche le piante?

Con queste domande in mente, il team di ricerca regionale sul ciclo biogeochimico del mercurio, guidato dal ricercatore Feng Xinbin del Laboratorio statale chiave di geochimica ambientale, Istituto di geochimica, Accademia cinese delle scienze, ha preso come oggetto di ricerca la foresta subtropicale sempreverde di latifoglie nel monte Ailao nello Yunnan e ha condotto una ricerca sull'assorbimento del mercurio da parte delle foglie della vegetazione e sul ciclo biogeochimico del mercurio nelle radici. Hanno utilizzato isotopi stabili del mercurio naturale per analizzare l'origine e il meccanismo di migrazione del mercurio nelle foglie e nelle radici delle piante, ottenendo importanti progressi nella ricerca.

La maggior parte dei metalli pesanti può essere assorbita dal terreno tramite le radici delle piante, per poi essere trasferita verso l'alto nei tessuti delle piante attraverso processi biologici come la traspirazione e infine raggiungere le foglie, ma il processo di assorbimento del mercurio da parte delle piante è significativamente diverso.

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La superficie delle foglie delle piante può assorbire il mercurio elementare gassoso presente nell'atmosfera; una parte del mercurio può inoltre penetrare all'interno delle foglie attraverso il processo di fotosintesi/respirazione degli stomi. Inoltre, le radici delle piante possono assorbire ioni di mercurio dal terreno sotto forma di soluzione acquosa, ma la distanza di trasmissione del mercurio assorbito nei vasi radicali è molto limitata, quindi non può essere trasmesso alle parti fuori terra.

Pertanto, la concentrazione di mercurio nelle piante è solitamente compresa tra poche e decine di ppb (10-9 g/g), ovvero una concentrazione molto piccola che non provoca effetti tossici sulle piante. Tuttavia, in circostanze particolari, come in alcune aree inquinate, quando la concentrazione di mercurio nelle piante raggiunge decine o centinaia di ppm (10-6 g/g), i processi fisiologici delle piante possono risentirne in modo significativo.

Da dove proviene il mercurio presente nelle piante e dove va a finire?

La firma della composizione degli isotopi stabili del mercurio è spesso definita l'impronta digitale biogeochimica del mercurio, perché agisce come un'impronta digitale, tracciando la fonte del mercurio e le reazioni specifiche a cui partecipa.

Sappiamo che un atomo è composto da un nucleo e da elettroni extranucleari, dove il nucleo è composto da un certo numero di protoni e neutroni. Gli isotopi sono atomi che hanno lo stesso numero di protoni ma un diverso numero di neutroni. Il mercurio ha 7 isotopi stabili in natura, vale a dire 196Hg, 198Hg, 199Hg, 200Hg, 201Hg, 202Hg e 204Hg. In natura, il mercurio presenta caratteristiche isotopiche di mercurio nettamente diverse nei diversi elementi terminali, consentendoci di utilizzare gli isotopi di mercurio per indicare in modo efficace la fonte del mercurio.

Ad esempio, le caratteristiche dell'impronta digitale del frazionamento non in massa degli isotopi di mercurio nelle radici delle piante ereditano le caratteristiche dell'impronta digitale del frazionamento degli isotopi di mercurio nel profilo del suolo, ma sono ovviamente diverse da quelle delle parti fuori terra (tronchi, foglie, ecc.), il che dimostra che il mercurio nelle radici delle piante proviene principalmente dal suolo, piuttosto che dal trasferimento dei tessuti fuori terra.

La biomassa delle radici della vegetazione è enorme e rappresenta il 22% della vegetazione totale. Non solo sostiene le piante, ma svolge anche un ruolo importante nel trasporto dei materiali all'interno del corpo della pianta. In precedenza si pensava che il mercurio atmosferico assorbito dalle foglie potesse essere trasportato verso il basso, fino alle radici delle piante. Pertanto, le radici della vegetazione potrebbero rappresentare un importante serbatoio di mercurio atmosferico.

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Le ultime ricerche dell'Istituto di Geochimica dell'Accademia Cinese delle Scienze confermano che le radici delle piante assorbono principalmente gli ioni di mercurio presenti nella soluzione del terreno attraverso la corteccia delle radici sottili. Una parte del mercurio può essere trasferita dalla corteccia della radice al midollo della radice, il che fa sì che la concentrazione di mercurio nella corteccia della radice sia circa da 6 a 10 volte superiore a quella del midollo della radice e che la concentrazione di mercurio nelle radici fini sia significativamente maggiore rispetto a quella nelle radici grossolane. Il processo di migrazione verso l'alto del mercurio assorbito dalle radici lungo i vasi è estremamente debole, il che fa sì che la concentrazione di mercurio nelle radici nello strato superficiale sia notevolmente più elevata rispetto a quella nello strato inferiore.

Inoltre, la morte dell'apparato radicale può far sì che il mercurio assorbito dalle radici venga rilasciato nuovamente nel terreno, il che rappresenta un meccanismo di detossificazione per le piante e può causare un arricchimento della concentrazione di mercurio nella rizosfera del terreno.

Ecco un fatto poco noto: le foreste di tutto il mondo possono assorbire grandi quantità di mercurio, con la quantità totale assorbita ogni anno che è approssimativamente uguale al mercurio emesso dalle attività umane. Tuttavia, a causa della scarsa comprensione delle fonti di mercurio nelle radici sotterranee e della quantità di mercurio immagazzinato, vi è una grande incertezza nella stima dei pozzi di mercurio nelle foreste.

Una ricerca condotta dall'Istituto di geochimica dell'Accademia cinese delle scienze ha confermato che il mercurio presente nelle radici delle piante proviene principalmente dal terreno e non dal trasporto delle parti della pianta fuori terra. Ciò confuta la tesi avanzata da ricercatori precedenti secondo cui le radici sarebbero un pozzo per il mercurio atmosferico zerovalente. Pertanto, le radici delle piante non dovrebbero essere incluse nelle stime del deposito di mercurio atmosferico globale.

Attualmente, ci troviamo ad affrontare la duplice pressione della riduzione delle emissioni di mercurio e del rispetto delle convenzioni, e stiamo attivamente implementando la Convenzione di Minamata sul mercurio. La formulazione di politiche volte alla conformità e la verifica dell'efficacia delle misure di riduzione delle emissioni devono basarsi sulla comprensione scientifica del ciclo biogeochimico globale del mercurio. Gli scienziati cinesi stanno facendo continui progressi su questa strada della ricerca della verità.

L'articolo è prodotto da Science Popularization China. In caso di ristampa, si prega di indicare la fonte.

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Redattore | Sole Chenyu

Autore | Yuan Wei, Jia Longyu, Feng Xinbin (Istituto di geochimica, Accademia cinese delle scienze)

Produttore | Esposizione scientifica cinese