Путешествие мышьяка в атмосфере: новые методы раскрывают пути переноса экологического токсина
На вершине Пик-дю-Миди в Пиренеях исследователи из ETH проанализировали взвешенные частицы, облака и дождевую воду на следы мышьяка. Используя вновь разработанные методы измерений, они выяснили пути переноса этого экологического токсина в атмосфере. Работа опубликована в журнале Nature Communications.
Мышьяк — это следовой элемент, расположенный в периодической таблице прямо под фосфором, который необходим всем живым организмам. Из-за этого химического сходства клетки не всегда могут отличить эти два элемента. «Токсичность мышьяка основана на этом риске путаницы», — поясняет Ленни Винкель, профессор Института биогеохимии и динамики загрязняющих веществ ETH Zurich и исследовательского института водных ресурсов Eawag.
Образцы с высоты 2877 метров над уровнем моря
Винкель и её команда много лет изучают этот экологический токсин. По оценкам, около 31 килотонны мышьяка циркулирует в атмосфере Земли. Чтобы больше узнать о поведении и распределении мышьяка в воздухе, исследователи провели обширную измерительную кампанию на исследовательской станции Пик-дю-Миди. Станция расположена на высоте 2877 метров над уровнем моря, что позволяет проводить измерения, в значительной степени не подверженные влиянию локальных источников загрязнения.
На Пик-дю-Миди исследователи обнаружили, среди прочего, что в облаках содержится в среднем значительно больше мышьяка, чем в дождевой воде. Однако концентрации очень низкие: «Мышьяк очень разбавлен в атмосфере», — успокаивает Винкель. Для его детектирования учёным пришлось оптимизировать метод измерения. «Теперь предел обнаружения составляет 1–2 нанограмма на литр, что в 20 раз ниже, чем у предыдущих методов», — отмечают исследователи.
Характерные паттерны переноса
Сложная модель движения воздушных масс и химический анализ облачной и дождевой воды позволили идентифицировать различные характерные пути переноса и определить происхождение мышьяка в каждом образце. Например, высокое содержание натрия указывало на смешивание мышьяка с морской солью (хлоридом натрия) по пути в Пиренеи. В других образцах наличие растворённого органического углерода свидетельствовало о путешествии токсина над сушей. «Он может иметь природное происхождение (растения, пыльца) или быть следствием антропогенного загрязнения от транспорта или промышленности», — говорит первый автор статьи Эстер Бройнингер.
Биологические процессы важнее, чем предполагалось
В образцах дождевой воды были обнаружены различные формы мышьяка. Помимо ожидаемого неорганического, учёные нашли так называемые метилированные соединения мышьяка. Они образуются, когда бактерии, водоросли, растения или грибы поглощают неорганический мышьяк и выделяют его в преобразованном виде, потенциально защищая себя. Анализы показывают, что преобразование происходит как в море, так и на суше.
«До сих пор считалось, что за атмосферный мышьяк в основном ответственна деятельность человека, такая как сжигание угля или выплавка руд», — говорит Винкель. Однако в некоторых облачных пробах метилированные соединения составляли большинство обнаруженного мышьяка. «Эти результаты показывают, что биологические процессы играют более важную роль, чем предполагалось ранее», — заключает Винкель. Теперь влияние биологических процессов на глобальный цикл мышьяка необходимо больше учитывать в моделях. По-видимому, живые организмы через свой метаболизм способствуют мобилизации исторического загрязнения мышьяком и его глобальному распространению.