Sezon grzewczy, emisja rtęci i fitoplankton w tle

Data: 2 lutego, 2022 Autor: Justyna Kobos

Długo zastanawiałam się o czym ma być mój pierwszy wpis na bloga. Jest tyle tematów, które mnie fascynuje i tyle zagadnień związanych z fitoplanktonem, którymi chciałabym się podzielić. Zdecydowałam, że nie zacznę od pisania o sinicach (na to jeszcze przyjdzie pora), ale poruszę inny temat związany z fitoplanktonem odpowiedni na tę zimową porę. Często nie zdajemy sobie sprawy, że każde, nawet najmniejsze działanie człowieka ma wpływ na otaczającą nas przyrodę, zwłaszcza wodę i organizmy tam żyjące. A patrząc przez pryzmat obiegu materii w przyrodzie – nasze działanie ma wpływ na nas samych.

Człowiek wprowadza do swojego organizmu, świadomie lub nie, szereg substancji toksycznych, w tym rtęć (Hg). Rtęć jest odpowiedzialna za szereg dolegliwości, m.in. powoduje uszkodzenia neurologiczne i uszkodzenia nerek. Główną drogą przenikania Hg do organizmu jest spożywanie ryb i owoców morza. Dlatego też badania dotyczące obiegu rtęci w środowisku morskim oraz jej wprowadzania do łańcucha troficznego są niezwykle istotne.

Żyjemy w strefie klimatu umiarkowanego, mamy zmieniające się pory roku, choć wpływ klimatu zaczyna powoli zacierać wyraźne granice pomiędzy wiosną, latem, jesienią i zimą. Mówimy o krótkiej lub długiej zimie, późnej wiośnie lub wczesnym lecie… Nadal jednak zmiany pór roku możemy obserwować za oknem, chociażby patrząc jak drzewa puszczają nowe liście wiosną, na łąki pełne kolorowych kwiatów latem, jesienią opadające kolorowe liście z drzew. I zima – czas spoczynku, przygotowanie do kolejnego cyklu, kolejnego roku wzrostu i owocowania.

W wodach morskich i śródlądowych również obserwujemy cykle życiowe poszczególnych grup organizmów. Drobny fitoplankton, czyli biernie unoszące się mikroorganizmy (lub o ograniczonej zdolności przemieszczania się), tak jak rośliny na lądzie, odżywia się dzięki fotosyntezie. Mając dostęp do światła asymiluje dwutlenek węgla i pobiera dostępne w wodzie mikro- i makroelementy, a przy okazji produkuje tlen. Skład fitoplanktonu zmienia się w zależności od pory roku, inne gatunki występują w wodach słodkich, inne w morskich, ale ogólnie najpierw pojawiają się chłodnolubne okrzemki, później bruzdnice, kryptofity, a gdy długość dnia się wydłuża i temperatura wody wzrasta zaczynają licznie występować zielenice, desmidia, eugleniny i oczywiście sinice. Jesienią, gdy temperatura wody spada, ponownie w fitoplanktonie zaczynają dominować okrzemki. Zimą ilość organizmów unoszących się w wodzie jest ograniczona, większość „zimuje” w osadach – niekiedy w postaci specjalnych komórek przetrwalnikowych jak cysty i akinety, by wiosną gdy temperatura wody znów wzrośnie, a dzięki mieszaniu się wód, dostęp do mikro- i makroelementów będzie większy, cały cykl mógł rozpocząć się na nowo. Fitoplankton odgrywa istotną rolę dla funkcjonowania całego ekosystemu, stanowiąc pierwsze ogniwo łańcucha pokarmowego dla organizmów żyjących w wodzie.

Jednym z efektów zmian klimatu może być obserwacja, iż od kilkudziesięciu lat liczba dni z pokrywą lodową na jeziorach, Zatoce Puckiej, Zalewie Wiślanym i innych zbiornikach wodnym systematycznie ulega zmniejszeniu. Również temperatura wody wcześniej zaczyna wzrastać, więc i drobne mikroorganizmy szybciej zaczynają swój rozwój. Mogłoby się wydawać, że to nic takiego. No i dobrze, szybciej zacznie się cykl, szybciej pojawi się pokarm dla planktonożerców. Niestety fitoplankton (jak i fitobentos) asymiluje nie tylko potrzebne im do rozwoju makro- i mikroelementy, lecz również metale ciężkie. Co też jest ich zaletą, gdyż w ten sposób organizmy te oczyszczają wodę z tych szkodliwych związków. Gdy metale ciężkie trafiają do wody zimą, wtedy gdy rozwój fitoplanktonu jest ograniczony, to przede wszystkim wiązane są z osadem i ich dostępność dla organizmów jest mniejsza. Jednak jeśli dostają się do wody, gdy są już tam organizmy, to te toksyczne związki mogą być asymilowane (wchłaniane) i kumulowane przez organizmy. Na poziom stężenia metali ciężkich, zwłaszcza rtęci, w fitoplanktonie wpływ mają dwa kluczowe czynniki: dostępność ich w środowisku wodnym oraz zdolność fitoplanktonu do wiązania różnych form toksycznych metali w swoich strukturach komórkowych. Badania wykazują, że takie związki toksyczne jak np. rtęć (w różnej formie) nie tylko są wiązane przez fitoplankton, lecz ulegają biomagnifikacji, czyli następuje wzrost stężenia substancji toksycznej (zwłaszcza rtęci) w organizmach, które spożywają organizmy, w których już toksyna była. Wówczas stężenie toksyn zwiększa się na każdym kolejnym poziomie troficznym łańcucha pokarmowego.

Biomagnifikacja – wzrost stężenia substancji toksycznej w organizmie zajmującym wyższy poziom troficzny – czyli poprzez zjadanie innych organizmów, w których kumuluje się ta substancja

Okazuje się, że ilość rtęci i innych metali ciężkich w  toni wodnej może być większa zimą, gdyż pomimo stosowanych już wielu ograniczeń dla ich uwalniania, to nadal głównym źródłem rtęci do środowiska jest spalanie paliw kopalnych. Emisja rtęci nie zna granic państwowych ani kontynentalnych. Rtęć występuje naturalnie w skorupie ziemskiej, ale działalność człowieka, taka jak górnictwo i spalanie paliw kopalnych, doprowadziło do powszechnego globalnego zanieczyszczenia tym metalem. Pomimo ocieplenia klimatu, w sezonie od października do końca kwietnia (tzw. sezon grzewczy) temperatura powietrza jest na tyle niska, że budynki mieszkalne wymagają ogrzewania właśnie poprzez spalanie paliw kopalnych. To powoduje lokalną zwiększoną emisję Hg do powietrza w porównaniu z okresem niegrzewczym.

Rtęć emitowana do powietrza w końcu osiada w wodzie lub na lądzie, gdzie może zostać zmyta do wody. Po jej osadzeniu, może być przekształcana w metylortęć (MeHg), wysoce toksyczną formę, która gromadzi się w organizmach tam żyjących. Ograniczenie emisji Hg przyczyniło się do zmniejszenia dopływu rtęci do Bałtyku, a także spowodowało wzrost znaczenia źródeł punktowych oraz remobilizację rtęci z osadów dennych i z lądu. Te ostatnie procesy stymulowane są przez intensywne deszcze, które prowadzą do wezbrań, a nawet powodzi. Badania Saniewskiej i in. (2014) wykazały, że ładunek Hg wprowadzony podczas jednego miesiąca powodzi na Wiśle w 2010 r. był równoważny 75% rocznego ładunku Hg wprowadzanego tą rzeką. W tym czasie stężenie Hg w fitoplanktonie morskim w rejonie ujścia Wisły było czterokrotnie wyższe niż w okresie przed lub po powodzi.

Większość przypadków narażenia ludzi na działanie rtęci pochodzi ze spożywania ryb i skorupiaków zanieczyszczonych metylortęcią. Instytut Meteorologii i Gospodarki Wodnej – Państwowy Instytut Badawczy (IMGW-PIB) od kilkunastu lat prowadzi badania m.in. zawartości metali w tkankach ryb i małży. W 2018 roku (w okresie wrzesień-październik) odławiano ryby z różnych rejonów polskiej strefy Morza Bałtyckiego, Zalewu Wiślanego i Zalewu Szczecińskiego. Oznaczenia cynku, miedzi, ołowiu i kadmu wykonano w wątrobach, a rtęci w tkance mięśniowej samic śledzia (Clupea harengus), storni (Platichthys flesus) oraz okonia (Perca fluviatilis), a także w tkankach z małży (Mytilus trossulus). Pomimo tego, że stężenia metali ciężkich w tkankach ryb odławianych w różnych obszarach Morza Bałtyckiego wykazały nieznaczny trend spadkowy, to w dalszym ciągu pozostają na poziomach, które mogą być uznawane za niekorzystne dla organizmów morskich.

Jeśli trend się utrzyma, tzn. okres przerwy zimowej dla fitoplanktonu będzie coraz krótszy, ich rozwój będzie następował szybciej to będzie istniało realne ryzyko, że ilość metali ciężkich, w tym rtęci, będzie mogła być włączana szybciej w łańcuch pokarmowy organizmów wodnych. Oby więc wspólne wysiłki wielu krajów na całym świecie, by ograniczyć antropogeniczne emisje rtęci do środowiska przyniosły skutek. By prawnie wiążący trakt międzynarodowy –  Konwencja Minamata, który wszedł w życie w 2017 roku nie pozostał tylko „pustym zapisem”.

Konwencja Minamaty została podpisana przez ponad 120 krajów z całego świata, w tym przez Polskę (podpisano 24.09.2014 roku i ratyfikowano 30.09.2021 roku). Najważniejsze punkty konwencji z Minamaty obejmują zakaz tworzenia nowych kopalni rtęci, stopniowe zamykanie istniejących kopalni, stopniowe wycofywanie i zaprzestanie stosowania rtęci w wielu produktach i procesach, środki kontroli emisji do powietrza oraz uwalniania do gleby i wody, a także uregulowanie nieformalnego sektora rzemieślniczego i drobnego górnictwa złota. Konwencja dotyczy również tymczasowego składowania rtęci oraz jej utylizacji, gdy stanie się ona odpadem, miejsc skażonych rtęcią, a także kwestii zdrowotnych.

Jak dużym problemem jest zanieczyszczenie wód rtęcią pokazały procedowane w ostatnim czasie Projekty Planów Gospodarowania Wodami (IIaPGW). Jak widać na poniższych wykresach akumulacja rtęci w organizmach zaczyna się już w wodach śródlądowych, gdzie w ponad połowie jednolitych części wód powierzchniowych (jcwp – wydzielona część wód na potrzeby monitoringu i zarządzania wodami zgodnie z Ramową Dyrektywą Wodną) mamy przekroczenia dopuszczalnych norm w organizmach dla rtęci

Literatura:

• Bełdowska M., Kobos J., 2016, Mercury concentration in phytoplankton in response to warming of an autumn – winter season. Environmental Pollution, 215: 38-47; Doi: 10.1016/j.envpol.2016.05.002; https://link.springer.com/article/10.1007/s11356-018-2948-4
• HELCOM, 2018, Thematic Assessment of Hazardous Substances 2011-2016, Supplementary reports of the HELCOM ‘State of the Baltic Sea’ report, dostępne online: https://helcom.fi/media/documents/HELCOM_Thematic-assessment-ofhazardous-substances-2011-2016_pre-publication.pdf
• Saniewska D, Bełdowska M, Bełdowski J, Falkowska L. Mercury in precipitation at urbanized coastal zone of Baltic (Poland). AMBIO 2014a, 43: 871–877. https://link.springer.com/article/10.1007%2Fs11356-014-3537-9
• Saniewska D, Bełdowska M, Bełdowski J, Jędruch A, Saniewski M, Falkowska L. 2014b. Mercury loads into the sea associated with extreme flood. Environmental pollution 2014b; 191: 93-100. https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0269749114001389?via%3Dihub
• Zalewska, T.; Jakiusik, E. (red.). 2020; Warunki meteorologiczne i hydrologiczne  oraz charakterystyka elementów fizycznych, chemicznych i biologicznych południowego Bałtyku w 2018 roku. Sekcja publikacji naukowo-badawczych IMGW-PIG, Warszawa, pp. 145. https://www.imgw.pl/sites/default/files/2020-08/imgw-baltyk-monografia_final.pdf
• Strona Konwencji Minamatyhttps://www.mercuryconvention.org
• Artykuł ze strony Europejskiej Agencji Środowiska https://www.eea.europa.eu/pl/articles/rtec-ciagle-zagrozenie-dla-srodowiska
• Artykuł ze strony Europejskiej Agencji Środowiska (po angielsku) https://www.epa.gov/international-cooperation/mercury-emissions-global-context
• Projekty planów gospodarowania wodami – https://apgw.gov.pl/pl/konsultacje-projekty-planow

Źródło: https://swiatwody.blog