Mërkuri: historia, faktet dhe shqetësimet

Shkencëtarët kanë qenë të magjepsur për shekuj duke studiuar shumëllojshmërinë e bollshme të elementeve, komponimeve dhe reaksioneve që formojnë botën në të cilën jetojmë. Në 1869, Dmitri Mendeleev krijoi kryeveprën e kimisë, një përmbledhje gjithëpërfshirëse e të gjithë atomeve të ndryshme në univers: Tabela Periodike. Kjo organizon elementet sipas reaktivitetit dhe sjelljes së tyre elektronike, duke na mundësuar të parashikojmë vetitë e elementeve të pazbuluara. Ishte një nga arritjet më domethënëse të mendimit njerëzor. Megjithatë, një element bie jashtë kutisë: pavarësisht se kategorizohet si metal, ai nuk mund të jetë më i ndryshëm: mërkuri.

Çfarë është merkuri?

Nga: Mercury: history, facts and concerns – RSC ECG (¹)

Mërkuri është një element metalik unik dhe magjepsës. Ndryshe nga metalet e tjera, ai është një përcjellës i dobët, ka një pikë shkrirjeje të ulët dhe është i lëngshëm në temperaturë dhe presion standard. Kjo është për shkak të konfigurimit të tij të veçantë elektronik; Elektronet mbushen deri në guaskën 6S dhe ndikohen fort nga efektet atomike relativiste (1). Të dy 6s Elektronet lëvizin shpejt dhe janë të lidhura fort me bërthamën, duke rritur masën e tyre relative, në mënyrë që të mos kontribuojnë ndjeshëm në lidhjet metal-metal. Lidhja e dobët që rezulton dhe hezitimi për të shkëmbyer elektronet i japin merkurit sugjerime të sjelljes së gazit fisnik, shpjegimin më të mirë për gjendjen e tij të lëngshme. Mërkuri gjithashtu ka një densitet të lartë dhe metale si plumbi ose bakri notojnë mbi të, ndërsa presioni i tij i lartë i avullit do të thotë se avullon ngadalë pas ekspozimit ndaj ajrit. Mërkuri gjithashtu ka tensionin më të lartë sipërfaqësor nga të gjitha lëngjet, i cili pengon veprimin kapilar të aplikuar nga materialet absorbuese, duke e bërë të vështirë pastrimin e derdhjeve.

Ndoshta tipari më i mrekullueshëm i merkurit është toksiciteti i tij ekstrem. Kur hyn në një organizëm të gjallë, mund të zëvendësojë kofaktorët në reaksionet enzimatike, duke ndërhyrë në transformimet biokimike dhe metabolizmin (2). Funksioni i proteinave dhe prodhimi i ATP ndikohen dhe aktiviteti qelizor përfundimisht dëmtohet. Kjo ndërprerje mund të ndodhë në qeliza nga organe të ndryshme, por veçanërisht prek neuronet e trurit (3). Rrjedhimisht, njerëzit që vuajnë nga helmimi me merkur zakonisht vuajnë nga simptoma neurologjike si vështirësi në të folur, mungesë koordinimi, humbje të shikimit, konflikte shqisore dhe dridhje, ndër shumë të tjera. Ekspozimi i zgjatur ndaj përqendrimeve të larta të komponimeve të merkurit mund të çojë përfundimisht në vdekje. Ndërsa të gjitha format e merkurit janë toksike, komponimet organo-merkur si metilmerkuri (MeHg⁺, CH3Hg⁺) janë veçanërisht problematike sepse ato grumbullohen përmes zinxhirit ushqimor, duke shkaktuar zmadhimin e përqendrimeve në organizmat më të lartë.

Përdorimet historike

Mërkuri është një element i pakët në koren e Tokës, megjithatë ka prova të përdorimit të gjerë në kulturat e lashta. Më së shpeshti gjendet si cinabar (sulfur merkuri, HgS), një mineral i kuq i ndezur dhe mineral thelbësor, përdorimi më i vjetër i njohur i të cilit është si pigment. Pigmentet e cinabarit janë gjetur në piktogramet e varreve egjiptiane, amuletet dhe qeramikën amerikane, pomadat greke, kozmetikën romake dhe varrimet kineze. Është një paradoks historik që një element i tillë toksik përdoret në një gamë kaq të larmishme aplikimesh në mjekësi. Nga shekulli i 17-të deri në shekullin e 19-të, kloruri i merkurit ishte një trajtim popullor i sifilizit në Evropë. Komponime të tjera të merkurit shërbyen si antiseptikë të lëkurës për të trajtuar lëndimet. Amalgamat që përmbajnë merkur u bënë të përhapura për mbushjet dentare dhe konservuesi thiomersal (një derivat organomerkuri) është përdorur në prodhimin e vaksinave. Vetitë e tij të ndryshme gjithashtu e bënë merkurin të popullarizuar për shumë përdorime të tjera duke përfshirë bateritë, çelësat, termometrat, manometrat, llambat, produktet shtëpiake, fungicidet dhe madje edhe eksplozivët.

Alkimistët evropianë mendonin se merkuri kapërcente kufijtë fizikë, se ishte përbërësi kryesor në të gjitha metalet dhe mund t’i nënshtrohej shndërrimit në ar (4). Pavarësisht këtij besimi, të lashtët zbuluan vetitë e shkrirjes së merkurit, duke vendosur themelet për aplikimin e tij më të madh sot – në minierat artizanale të arit.
 

Përdorimi

Shkrirja e mërkurit për nxjerrjen e metaleve të çmuara daton që nga romakët, rreth vitit 50 pas Krishtit (5). Bashkimi është formimi i një aliazhi merkuri me një metal tjetër, siç është ari. Ky lidhje preferenciale nxjerr metalin e çmuar nga minerali duke gjeneruar një amalgamë që mund të ndahet dhe digjet manualisht për të izoluar arin – procedura kryesore e përdorur në minierat artizanale dhe të arit në shkallë të vogël (Figura 1). Ky aktivitet i vetëm futi 1220 ton merkur në mjediset tokësore dhe të ujërave të ëmbla në 2015 (6).

Megjithëse efektet mjedisore dhe shëndetësore të merkurit tani janë të njohura, minatorët artizanalë kanë praktikuar bashkimin për shekuj me radhë, duke e bërë atë një traditë të rrënjosur që është e vështirë për t’u ndryshuar. Toksiciteti i merkurit është kontestuar sepse helmimi bëhet i dukshëm vetëm pas ekspozimit afatgjatë, dhe kjo pikëpamje ndërhyn në përpjekjet për të futur teknika alternative të minierave të arit, p.sh. nxjerrja e boraksit (7). Rrjedhimisht, për të kapërcyer përdorimin e gjerë të bashkimit të merkurit, është e nevojshme të përdoren qasje shoqërore për të inkurajuar përvetësimin e procedurave më të sigurta midis komuniteteve stërgjyshore të minierave.

Mërkuri-fig-1a

Cikli biogjeokimik i Mërkurit

Mërkuri ekziston në tre gjendje oksidimi: Hg⁰ (metalik), Hg⁺ (merkur) dhe Hg²⁺ (merkur, jonik). Kjo e fundit formon një shumëllojshmëri komponimesh inorganike dhe organometalike (8). Speciacioni i Hg ndikon në sjelljen e tij në mjedis dhe toksicitetin e tij. Avulli metalik i merkurit emetohet në atmosferë nga degazimi natyror i sipërfaqes së Tokës, zjarret pyjore ose aktiviteti vullkanik (Figura 2). Megjithatë, shumica e emetimeve dhe lëshimeve rrjedhin nga burime antropogjene, duke rritur përqendrimet totale atmosferike në ~450% mbi nivelet natyrore (6). Në fazën e gaztë, merkuri transportohet nga era në distanca të gjata deri në një vit përpara se të precipitohet në ekosistemet ujore dhe tokësore si Hg²⁺ i oksiduar (9). Për shembull, në rajonet polare, ngjarjet e varfërimit të merkurit pranveror i referohen përqendrimeve të ulëta të merkurit elementar të gaztë për shkak të oksidimit dhe depozitimit të tij aktiv në akull dhe borë (10,11). Kushte të tilla të favorshme për akumulimin e merkurit paraqesin rreziqe të larta për njerëzit dhe kafshët e egra. Pas depozitimit, merkuri mund t’i nënshtrohet transformimit. Në kushtet aerobike, Hg0 është i pakët në toka për shkak të paqëndrueshmërisë së tij të lartë dhe ndjeshmërisë ndaj oksidimit dhe, për këtë arsye, Hg²⁺ është forma më e zakonshme (12). Hg²⁺ sorbs në përbërësit e tokës si grimcat e argjilës dhe lënda organike. Ky proces ndikohet nga disa faktorë duke përfshirë praninë e klorurit, karbonit organik të tretur dhe pH (13). Pas stabilizimit, ruajtja mund të zgjasë për dekada (14). Mikroorganizmat janë në gjendje të mbijetojnë në mjedise me përqendrime të larta të metaleve toksike dhe mund të kryejnë speciacionin e merkurit përmes metabolizmit të tyre. Shumë prokariote kanë gjene mer që japin rezistencë ndaj merkurit (15). Disa mikroorganizma mund të sekuestrojnë, zvogëlojnë ose oksidojnë merkurin. Disa mikroorganizma transformojnë merkurin midis komponimeve inorganike dhe organometalike, duke prodhuar metilmerkur (Figura 2) dhe demetilimin e MeHg⁺ për të prodhuar Hg²⁺. Megjithëse shumë reaksione të transformimit të merkurit mund të ndodhin në mënyrë abiotike, metilimi ndërmjetësohet fuqimisht nga aktiviteti mikrobik.

Cikli Biogjeokimik i Mërkurit -a1a

Gjenet e lidhura me metilimin e merkurit janë gjetur në një sërë kushtesh redoks, duke përfshirë bakteret reduktuese të sulfatit që gjenden në kushte anoksike (16). Në mjedise sulfidike të reduktuara, sasi të konsiderueshme të metilmerkurit bëhen të disponueshme për biozmadhim deri në zinxhirin trofik (15). Kjo është domethënëse në sistemet ujore; biozmadhimi i MeHg⁺ në butakë dhe peshq u zbulua se kishte shkaktuar një helmim masiv në Minamata, Japoni në vitet 1950. Bakteret gjithashtu mund të zvogëlojnë Hg²⁺ në Hg⁰, duke çuar në një rritje të probabilitetit të avullimit (Figura 3).

Figura 3. Cikli i thjeshtuar biogjeokimik i mërkurit që tregon rolin e mikroorganizmave -a1

–

Sfidat mjedisore

Ndotja e merkurit është një çështje kritike në mbarë botën. Natyra e tij toksike dhe jo e degradueshme shkakton dëme të rënda në cilësinë e ajrit, ujit dhe tokës. Përjashtimi i fundit i merkurit nga shumica e aplikimeve industriale është një hap përpara, megjithatë shumë sfida janë përpara. Vlerësimi i fundit Global i Merkurit të OKB-së thotë se shumica e emetimeve në vitin 2015 ndodhën në Azi (49%), Amerikën e Jugut (18%) dhe Afrikën Sub-Sahariane (16%). Minierat artizanale të arit përbëjnë pothuajse 38% të emetimeve totale globale antropogjene të merkurit dhe djegia e lëndëve djegëse fosile për 24% (kryesisht nga djegia e qymyrit (21%), si dhe lëndët djegëse të tjera fosile (3%)) (6). Zbatimi i masave të kontrollit për këta dy kontribues më të mëdhenj është zgjidhja e vetme efektive për zgjidhjen e çështjes së ndotjes globale të merkurit.

Sigurisht, emetimet e merkurit do të ulen në mënyrë të pashmangshme ndërsa masat për zbutjen e ndryshimeve klimatike rriten dhe përdorimi i lëndëve djegëse fosile zvogëlohet me kalimin në teknologji më të gjelbra dhe reduktimin pasues të djegies së karbonit. Megjithatë, sektori i minierave artizanale të arit kërkon shqyrtim të mëtejshëm. Edhe pse përdorimi i merkurit në miniera është zakonisht i paligjshëm, ai ende ndodh në vendet ku mbikëqyrja rregullatore dhe zbatimi i ligjit është i vështirë. Kapërcimi i pengesave për të reduktuar ose eliminuar emetimet e merkurit nga sektorët e energjisë dhe minierave do të kërkojë përpjekje të konsiderueshme financiare, politike dhe sociale.

Më tej, njerëzimi duhet të adresojë nivelet masive të ndotjes së merkurit tashmë të pranishme në mjedis. Hulumtimet shkencore kanë dhënë shumë ide se si mund të riparohet ndotja me merkur. Membranat e karbonit të aktivizuar janë përdorur për të filtruar merkurin atmosferik, së bashku me sisteme të ngjashme barrierash dhe nanomateriale për trajtimin e ujit (17-20). Teng et al. ofrojnë një përmbledhje të shkëlqyer të proceseve fizike, kimike dhe biologjike për heqjen ose imobilizimin e merkurit në toka (21):
 

• zëvendësimi i tokës së ndotur për tokë të pastër
• nxjerrja e avullit të tokës (rruga reduktimi i presionit të avullit të poreve të tokës)
• desorbimi termik për të avulluar dhe bllokuar merkurin duke ngrohur
• Korrigjimi elektrokinetik duke vendosur një gradient të fushës elektrike duke përdorur elektroda
• Larja e tokës për të nxjerrë dhe ndarë ndotësit me eluent
• stabilizimi kimik duke përdorur reagentë imobilizues
• Fitoremedimi
• Riparimi mikrobik për lidhje, imobilizim, oksidim, transformim dhe avullim

Disa teknologji janë të papërballueshme, ndërsa të tjerat kanë efekte negative dytësore ose kërkojnë studime të mëtejshme për të arritur pikën e komercializimit të qëndrueshëm. Fiksimi dhe marrja e merkurit nga fitoremediimi është premtues për shkak të shkallës së konsiderueshme të aplikimit dhe gjenerimit të vogël të mbetjeve që lejon (22). Përpjekjet e ardhshme kërkimore për riparimin e merkurit duhet të përpiqen të jenë të thjeshta, ekonomike dhe të marrin parasysh depozitimin e mbetjeve dhe çdo efekt negativ mjedisor.
 

Referencat e – Mercury: history, facts and concerns – RSC ECG

1. Norrby, LJ (1991). Pse merkuri është i lëngshëm? Ose, pse efektet relativiste nuk hyjnë në tekstet shkollore të kimisë? J. Chem. Educ. 68, 110.
2. Broussard, LA, et al. (2002). Toksikologjia e merkurit. Lab. Med. 33, 614–625.
3. Cariccio, VL et al. (2019). Përfshirja e merkurit në dëmtimin neuronal dhe në sëmundjet neurodegjenerative. Biol . Trace Elem. Res. 187, 341–356.
4. Blum, JD (2013). Të magjepsur nga merkuri. Kimi i natyrës. 5, 1066–1066.
5. de Lacerda, LD, Salomons, W. (1998). Përdorimi i shkrirjes së merkurit në minierat e arit dhe argjendit, Në: de Lacerda, L. D., Salomons, W. (Eds.), Mërkuri nga minierat e arit dhe argjendit: Një bombë kimike me sahat? Springer, Berlin, f. 1–13.
6. UNEP (2019). Vlerësimi Global i Mërkurit 2018. Programi i Kombeve të Bashkuara për Mjedisin, Dega e Kimikateve dhe Shëndetit Gjenevë, Zvicër.
7. Appel, PWU, Na-Oy, L. (2012). Metoda boraksi e nxjerrjes së arit për minatorët në shkallë të vogël. J. Shëndeti dhe ndotja 2, 5–10.
8. Zyra Rajonale e OBSH-së për Evropën (2000). Kapitulli 6.9 Mërkuri, në: Udhëzimet për cilësinë e ajrit. Kopenhagë, Danimarkë.
9. O’Driscoll, N., Rencz, A., Lean, D. (2005). Biogjeokimia dhe fati i merkurit në mjedis. Jonet metalike në sistemet biologjike 43, 221–38.
10. Barkay, T., Poulain, AJ (2007). (Mikro)biogjeokimia e merkurit në mjedise polare, Ekologjia e Mikrobiologjisë FEMS 59, 232–      241.
11. Steffen, A. et al. (2008). Një sintezë e kimisë së ngjarjeve atmosferike të varfërimit të merkurit në atmosferë dhe borë. Atmos.      Chem. Phys. 8, 1445–1482.
12. O’Connor, D. et al. (2019). Speciacioni, transformimi dhe transporti i merkurit në tokë, fluksi atmosferik dhe implikimet për menaxhimin e rrezikut. Një rishikim kritik. Mjedisi Ndërkombëtar 126, 747–761.
13. Newsome, L., Falagán, C. (2021). Mikrobiologjia e mbetjeve të minierave metalike: aplikimet dhe implikimet e bioremediation për shëndetin planetar. Gjeoshëndeti 5.
14. Durão Jr, W. et al. (2009). Speciacioni, shpërndarja dhe transporti i merkurit në tokat e kontaminuara nga Descoberto, Minas Gerais, Brazil. J. Monitorimi i mjedisit 11, 1056–63.
15. Mason, RP (2015). Kapitulli gjashtëmbëdhjetë: Gjeomikrobiologjia e Mërkurit, në: Ehrlich, HL, Newman, DK, Kappler, A. (Eds.), Gjeomikrobiologjia e Ehrlich. CRC Press, Boca Raton, FL, f. 323–342.
16. Lin, H. et al. (2021). Metilimi i merkurit nga bakteret detare metabolikisht të gjithanshme dhe kozmopolite. ISM J 15, 1810–1825.
17. Albatrni, H., Qiblawey, H., El-Naas, MH (2021). Studim krahasues midis teknologjive të adsorbimit dhe membranës për heqjen e merkurit. Teknologjia e ndarjes dhe pastrimit 257, 15.
18. Kawsher, S. (2015). Heqja e merkurit nga ujërat e zeza nga piriti i nanogrimcave dhe sistemi i membranës së ultrafiltrimit. Universiteti A&M i Teksasit.
19. Kim, CS, Rytuba, JJ, Jr, GEB, (2004). Faktorët gjeologjikë dhe antropogjenikë që ndikojnë në speciacionin e merkurit në mbetjet e minierave: Një studim i spektroskopisë EXAFS. Gjeokimia e Aplikuar 19, 379–393.
20. Wang, L. et al. (2020). Rehabilitimi i tokës, ujit dhe ajrit të kontaminuar me merkur: Një përmbledhje e materialeve në zhvillim dhe teknologjive inovative. Mjedisi Ndërkombëtar 134, 105281.
21. Teng, D. et al. (2020). Përshkrimi i toksicitetit dhe burimeve dhe teknologjive të riparimit për tokën e kontaminuar me merkur. RSC Adv. 10, 23221–23232.
22. EPA (1999). Udhëzues i burimeve të fitoremediacionit.

Rodriguez, et al. (2021). Promovimi i rikuperimit dhe trajtimit të përgjegjshëm të merkurit nga mbetjet e kontaminuara artizanale të minierave të arit në Kolumbi. Raporti teknik. Botuar nga Departamenti i Shtetit i Shteteve të Bashkuara të Amerikës.

–

Referencat

1. Mercury: history, facts and concerns – RSC ECG ↩︎