Abstrakt

Biotechnologie-2013: Bioverfügbarkeit von Quecksilber im Auenboden des East Fork Popular Creek, Oak Ridge, Tennessee – Fengxiang Han – Jackson State University

 Fengxiang Han 

 Traditionell erhielt die Y-12 National Security Facility der US-Energiebehörde in O'Ridge, Tennessee, als Teil ihrer nationalen Sicherheitsaufgabe einen Großteil der Vorräte der Welt an elementarem Quecksilber. In den 1950er und 1960er Jahren entkam eine große Menge elementaren Quecksilbers der Gefangenschaft und ist noch immer in der Wasserscheide rund um die Y-12-Anlage als mittelfristige Senke, aber langfristige Quelle vorhanden. In den Wasserscheiden des O'Ridge-Standorts wurden eine Reihe von Sanierungsmaßnahmen durchgeführt. Die Ziele dieser Studie waren die Untersuchung der aktuellen Verbreitung von Quecksilber sowie der Bestimmung der Speziation und Bioverfügbarkeit in den Auenböden von East Fork Poplar Creek (EFPC) nach den Sanierungsmaßnahmen der Energiebehörde über ein Jahrzehnt. Die vorliegende Studie legt tatsächlich nahe, dass der Gesamtquecksilbergehalt in den Auenböden von EFPC nach einer Reihe von Sanierungsmaßnahmen deutlich abnahm. Diese Studie zeigte die langfristige Wirksamkeit dieser Sanierungsbemühungen, insbesondere nach der Ausgrabung stark kontaminierter Auenböden. Die hauptsächliche Quecksilberform in den modernen Auenböden von EFPC nach diesen Jahren der Sanierung ist insbesondere die nicht an Zinnober gebundene Quecksilberform in Tonmineralien (4M HNO3-extrahierbare Restfraktion). Die Ergebnisse zeigen auch starke lineare Beziehungen zwischen den Quecksilberkonzentrationen in einheimischen Regenwürmern (sowohl reife als auch unreife Gesellschaften) und der nicht an Zinnober gebundenen Quecksilberform, während Zinnoberquecksilber für einheimische Regenwürmer weniger bioverfügbar ist. Einheimische Regenwürmer können als potenzieller ökologischer Bioindikator (Biomarker) für Quecksilber verwendet werden, um die Bioverfügbarkeit und Ökotoxizität von Quecksilber in der Atmosphäre nachzuweisen. Die anfängliche Risikobewertung für die East Fork Poplar Creek (EFPC)-Aue in K. Ridge, Tennessee, einem stark mit Quecksilber kontaminierten Superfund-Standort, basierte auf einer Referenzdosis für Quecksilberchlorid. Quecksilberchlorid ist jedoch eine lösliche Quecksilberverbindung, die in der Überschwemmungsebene, die häufig mit Wasser gesättigt ist, nicht vorkommen dürfte. Frühere Untersuchungen hatten darauf hingewiesen, dass Quecksilber in der Überschwemmungsebene der EFPC weniger löslich und daher wahrscheinlich weniger bioverfügbar ist als Quecksilberchlorid, was die Ergebnisse der Risikobewertung wahrscheinlich zu konservativ macht. An 20 Böden der Überschwemmungsebene der EFPC wurde eine Bioverfügbarkeitsstudie durchgeführt, die die Menge an Quecksilber messen soll, die für die Absorption im Verdauungstrakt eines Kindes verfügbar ist (der wichtigste Endpunkt des Risikopfads). Das durchschnittliche nicht verfügbare Quecksilber für die 20 Böden betrug 5,3 %, verglichen mit 100 % des Quecksilberchlorids, das denselben Bedingungen ausgesetzt war. Die Änderung des Systems, um die Bedingungen im Verdauungstrakt genauer nachzubilden, änderte die Ergebnisse nicht wesentlich. Daher ist die Verwendung einer Referenzdosis für Quecksilberchlorid an der EFPC und möglicherweise an anderen mit Quecksilber kontaminierten Standortenohne Einbeziehung eines entsprechenden Bioverfügbarkeitsanpassungselements kann das vom Standort ausgehende Risiko auch überschätzt werden. Traditionell erhielt das Y-12 National Security Facility des US-Energieministeriums in K. Ridge, Tennessee, im Rahmen seiner nationalen Sicherheitsmission einen beträchtlichen Anteil der weltweiten Versorgung mit elementarem Quecksilber. In den 1950er und 1960er Jahren entkam eine große Menge elementaren Quecksilbers und ist immer noch im Einzugsgebiet rund um die Y-12-Anlage vorhanden. In den Einzugsgebieten rund um den Standort K. Ridge wurde eine Reihe von Sanierungsmaßnahmen eingeleitet. In jüngster Zeit ist jedoch die Konzentration von Gesamtquecksilber in Fischen und Wasser des unteren East Fork Poplar Creek (EFPC) von K. Ridge gestiegen, obwohl der Großteil der Quecksilberbelastung in den örtlichen Böden in Form von Quecksilbersulfid vorliegt. Wir haben die Extrahierbarkeit, Löslichkeit und Bioverfügbarkeit von Quecksilbersulfid in den Böden von K. Ridge untersucht. Die Dynamik der Auflösung von Quecksilbersulfid mithilfe verschiedener Extraktionsmittel wie Säuren und eines Chelatbildners wurde untersucht. Nach drei Pflanzsaisonen löst sich Quecksilbersulfid im Boden leichter durch 4 M und 12 M Salpetersäure als durch natürliches Quecksilbersulfidreagenz, wie ihre Auflösungskinetik zeigt. Die Quecksilberfreisetzung durch EDTA aus HgS-kontaminiertem Boden verlängerte sich mit der Reaktionszeit und dem Quecksilbergehalt im Boden. Diese Chelatchemikalie erhöht die Löslichkeit von Quecksilber in HgS-kontaminiertem Well Ridge-Boden. Die Ergebnisse zeigen auch, dass Quecksilbersulfid in kontaminierten Well Ridge-Böden bis zu einem gewissen Grad für Pflanzen bioverfügbar wird. Die Erhöhung der Bioverfügbarkeit von Quecksilbersulfid im Boden nach drei Pflanzsaisonen könnte zum jüngsten Anstieg des Quecksilbergehalts im Wasser des Lower East Fork Common Creek (LEFPC) von Well Ridge beitragen. Die erste Risikobewertung für die Überschwemmungsebene des East Fork Poplar Creek (EFPC) in K. Ridge, Tennessee, einem stark mit Quecksilber belasteten Superfund-Standort, basierte auf einer Referenzdosis für Quecksilberchlorid. Quecksilberchlorid ist jedoch eine lösliche Quecksilberverbindung, deren Vorkommen in der Überschwemmungsebene, die regelmäßig mit Wasser gesättigt ist, nicht vorhergesagt wird. Frühere Untersuchungen hatten darauf hingewiesen, dass Quecksilber in der Überschwemmungsebene des EFPC weniger löslich und daher möglicherweise weniger bioverfügbar ist als Quecksilberchlorid, was die Ergebnisse der Risikobewertung wahrscheinlich zu konservativ macht. Ein Bioverfügbarkeitstest, der die Menge an Quecksilber messen soll, die für die Absorption im Verdauungstrakt eines Kindes verfügbar ist (der wichtigste Endpunkt des Risikopfads), wurde an 20 Böden aus der Überschwemmungsebene des EFPC durchgeführt. Das durchschnittliche bioverfügbare Quecksilber für die 20 Böden betrug 5,3 %, verglichen mit 100 % des Quecksilberchlorids unter den gleichen Bedingungen.Die Änderung des Verfahrens, um die Bedingungen im Verdauungstrakt genauer nachzuahmen, änderte die Ergebnisse nicht wesentlich. Daher kann die Verwendung einer Referenzdosis für Quecksilberchlorid bei EFPC und möglicherweise an anderen mit Quecksilber infizierten Standorten ohne Einbeziehung eines entsprechenden Anpassungsfaktors für die Bioverfügbarkeit dazu führen, dass das von dem Standort ausgehende Risiko überschätzt wird. Biografie Fengxiang Han hat 1998 seinen Ph.D. an der Hebräischen Universität von Jerusalem, Israel, abgeschlossen. Er ist Assistenzprofessor für Umweltchemie im Fachbereich Chemie und Biochemie der Jackson State University. Er hat mehr als 70 Artikel in begutachteten Zeitschriften und ein Buch (von Springer) veröffentlicht und ist Redaktionsmitglied mehrerer internationaler Zeitschriften. fengxiang.han@jsums.edu