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游泳者,料斗和飞行员:有毒化学品如何在地球上移动?

人类活动产生的有毒化学品达到北极的异常浓度,以及其他地方

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编者的注意事项:以下是伊丽莎白格罗斯曼的摘录  book 追逐分子.

距离最近的工业或农业活动,海冰,海洋和北极植物和动物甚至数千英里定期产生元素和合成化学污染的证据。这种污染不仅包括除草剂,杀菌剂和杀虫剂 —在露天使用的化学物质,可能已直接将河流中的洗涤或从工厂中释放—而且还有金属,其中汞以及阻燃剂和防水剂,其中至少在理论上纳入产品的材料中’重新设计以增强。

例如,在北极定期发现的错误化合物中,例如溴化阻燃剂,包括所谓的PBDE(聚溴二苯基醚)中广泛使用的内饰泡沫,纺织品和塑料的阻燃剂。也经常在远处记录—一些处于非常高的水平—是用作污渍排斥剂,防水剂和工业表面活性剂的全氟化合物(PFCs)(思考苏格兰卫兵,铁氟龙,血红蛋糕,以及在食品包装中使用的纸上的光滑涂层,如披萨盒,糖果包装和微波爆米花包)。

现在正在动物和世界各地的动物中检测到这些相同的化合物。超过四十个抽样网站的网络发现了合成化学物质的证据,这些化学品不会分解成无毒成分—混合农药,化石燃料排放和工业化合物—从南极洲,北美,澳大利亚和非洲到冰岛,几乎无处不在。最近在美国西部和阿拉斯加的美国国家公园进行了最近的一项五年的研究发现了这些污染物在大多数雪,土壤,水,植物和鱼类样本中。

It’■当第一持续持续的合成化学污染物到达北极时,但这种污染已经定期在20世纪60年代定期检测到。“每个人都认为北极是原始的,所以我们被剥夺了顶级掠夺者的高污染水平,”加拿大的高级科学家加里斯特纳斯特恩说’渔业和海洋部。但“在中外释放的任何东西都在北方迅速行进。”

持久的合成化学品通常被称为“持久性有机污染物,”或者弹出。以这种方式使用,“organic”意味着化合物含有一种或多种碳原子,并非所有有机化合物都是有毒的或持久性的。

公众对DDT,PCB和二恶英的流行人口的意识一直在增长。到2001年,对流行人口的环境和健康影响的担忧充分提升,以提示联合国环境规例制定旨在削减这些化学品的使用和释放斯德哥尔摩公约的条约。“暴露于持久性有机污染物(POPs)可以导致严重的健康影响,”写下管理斯德哥尔摩公约的组织,“包括某些癌症,出生缺陷,功能失调免疫和生殖系统,对疾病的更大易感性,甚至减少智力。”(美国已签署,但截至2009年尚未批准,斯德哥尔摩公约—因此,它还没有充分参与会议和决策,其使用化学品尚未正式受“公约”’s regulations.)

通过在众多研究网站进行样品 在延长的时间内,科学家们发现一些污染物完全乘飞机旅行—这是多伦多大学弗兰克瓦尼亚来电的弗兰克瓦尼亚。一些—the swimmers—留在水中,与海洋电流循环。但大多数是料斗;他们在北方做了什么’S被称为蚱蜢效果,一系列空气和水性啤酒花,朝向北极移动,循环和季节性模式的蒸发和冷凝。

“化学品有几种方式存在于大气中,”解释瓦尼亚。取决于温度和天气条件,以及构成分子的尺寸,形状和元素,可以发现相同的物质溶于水中,作为气体,或作为颗粒。分子越小,通常是挥发性越波,因此更可能被扫过作为气体的大气电流。这些气相分子— the fliers—可以每秒移动数米,从他们的原籍点到几天或几周内的远程位置。在相反的极端,水性游泳运动员可能需要数年才能到达同一目的地。

料斗,可以在气体,液体和颗粒阶段之间移动的中等大小分子,可能需要几天,周甚至几年才能在其初始释放后到达北极。这些料斗可能存在于液态水中,但随着温度的温度,它们将蒸发到气相,然后在温度冷却时浓缩并返回加入水。他们’LL一遍又一遍地重复这个循环,上升和下降—or hopping—每日和季节性的暖和和冷却。它’通过这种方式,许多持续的化学品随着风暴系统和海洋电流圈出全球的云层和降水,以及为什么温度强烈影响污染物的行程和何处。

“持久性和移动性是让一些麻烦的东西,” says Wania. “It’是一种非常困难,艰苦,耗时的过程,以证明毒性,并且当您有证据时可能为时已晚。” If a substance is “持续,高度手机,可以’被遏制,你有一个问题’t rectify."

对持续污染物的运动和沉积的另一个主要影响是沉淀。简而言之,下雨或降雪的越多,这些污染物就越有可能洗掉云层,沉积在陆地,湖泊,河流和海洋上。在最近的一篇论文和同事Torsten Meyer注意,“受雨率变化影响的真正物质包括林丹,Aldrin [既有毒性和持久性杀虫剂],高度氯化的PCB,PBDES和一些目前使用的杀虫剂。” When it’S较温暖,更多的这些物质往往会再次蒸发并加入云层,从那里开始冷凝和降水的循环再次开始。当作为气溶胶的存在时,污染物甚至可以将降水加速,因为水滴聚结在微小的固体上。

无论如何影响大气和海洋循环清楚地发挥着重要作用,在环境流动的持续污染物最终。称为Gyres和振荡的大半球风和海洋图案都扮演一部分—作为更多局部风暴系统和电流。“这些路线似乎强迫欧洲释放到北极的污染物,”Dematic Ecosystems的高级科学家Derek Muir解释了与加拿大环境污染物的环境研究。“想想切尔诺贝利,”Muir通过例证说。“在西斯堪的纳维亚州的放射性最终结束,结果是牺牲了很多驯鹿。其他污染物遵循来自俄罗斯的同一途径。”

曾经发生的污染物达到远处的情况会受到冰的地方非常影响。冰通常稳定污染物并将它们保持在适当位置’当温度高达足以熔化开始时,再次释放。格陵兰岛,Muir描述为“一块大块冰块3000米或更大厚,”似乎是北极和水槽中的污染物的来源。

在格陵兰岛的东侧,在远程挪威斯瓦尔巴的岛屿上的格陵兰大海上,北方北方至多80度—在空气和水流的道路上,格陵兰岛和欧洲大陆—已发现PCB,PBDE和全氟化合物的水平特别高。斯瓦尔巴德’Muir说,北极熊在格陵兰岛西侧或加拿大北极的熊的污染水平高于熊,主要是因为增加了融化。

当污染物在大西洋海湾溪流范围内释放或通过也吹东西的北风潮流,北美污染物也可以在大西洋上运输到欧洲。同样,空中群众可以从太平洋地区的亚洲到北美的东北部门旅行。由于跨太平洋潮流,中国发布的污染物在北太平洋中追踪,并导致日本和韩国的当地空气污染健康问题。来自中国的灰尘可以在4天内到达加利福尼亚,并对洛杉矶烟雾形成的定期贡献。

一些污染物的化学—那些较重,挥之不缺的人—导致他们将大气层落入北太平洋,在那里他们可能会慢慢穿过水慢慢地移动或被鱼和海洋哺乳动物吸收。在过去十年中,在鱼,密封鲸,鲸鱼和鸟类沿着太平洋海岸吃鸟类,持续存在持续污染物,包括PCB,溴化阻燃剂和全氟化化合物。“鱼可以成为自己的污染物运输,吃鱼的鸟类是排泄污染物,”加拿大渔业和海洋部的研究科学家Robie Macdonald表示。“迁移的动物不是一个巨大的运输机制,而是它’S焦点,因为他们将污染物带到他们喂养并孵化的地方。”

亲脂性字面意思是“fat loving,”该术语用于描述对具有亲和力并且易溶于脂肪的化学物质。具有此属性的材料通常持久—它们是脂肪 - 而不是水溶性使它们抵抗环境退化。他们是“bioaccumulative”—当它们在脂肪细胞中孵化时,它们可以在植物或动物组织中积聚,作为储存的能量的脂肪储备的一部分。当动物燃烧脂肪的能量时—这发生在人们以及鸟类和鱼类中—脂肪细胞释放出污染物。

然而,人们可能会吸收一种特定的亲脂化学品的方法,这是一个原因,具体解释了人类暴露的来源,这些污染物是棘手的。例如,人们通过家庭灰尘暴露于溴化阻燃剂,而且通过它们在其脂肪中积累了这些化学品的食物。在北冰区—污染物是聚集和传统北部饮食钉的动物的动物有大储物—the region’最顶级的掠夺者,北极熊和人类,都有一些世界’对这些污染物的最高曝光。

Monica Danon-Schaffer是一名化学工程师 在不列颠哥伦比亚省大学调查如何以及为什么这些化学物质在加拿大北极的水中的结束。

Danon-Schaffer为我绘制了一系列分子—PCB,PBDES,几种全氟化化合物,以及另一种称为短链氯化石蜡(用作工业润滑剂和涂料等应用)的另一种化学物质)。 PCB和PBDES明显相似:具有附着的氯或溴原子的强束碳环结构。氯化石蜡和PFC也承担着惊人的相似之处:两者都是由长的分支链组成的。这些分子很强,唐’T易于放弃它们的结构或其连接的化学活性。使这些物质有效地挤压火灾,有效地灵活,或擅长抵抗水分,这使得它们使它们如此持久性。这也是它们使它们与一些重要的生物系统不相容或毒性。

虽然这些物质抵抗了环境中的劣化,因为它们被添加到—mixed in—而不是化学绑定到它们的材料’RE用于修改,最终它们变得分开并离开成品。这是让它难以跟踪这些化学品的一部分。对于一个,恰好产生了每种物质的许多内容。也不知道每个产品的进入多少,更不用说可以预期分离多少,而且何时或在哪里发生这种情况。这些化学品的使用商业上使用的混合物通常不是100%纯度,因此可能含有成品的其他合成物也可能脱落。然后是’据在环境中,许多这些问题合成的事实​​分解成较小的分子,这些分子可能比其较大的表兄弟更持久或更大。

以任何形式检测特定化学品的方法—气体,液体或颗粒状—非常具体。虽然相同的冰,水或空气样品可以产生整个污染物套件,但是如何检测一种类型的污染物,可能与测量另一种方式不相容。正如汤姆·哈利纳,那个拥有加拿大环境的高级科学家,专门从事危险空气污染物,向我解释,“每个持久性有机污染物都是不同的和独特的。每种化学物质都是不同的故事。因为每个化学品都是独一无二的,我们可以’T调查一系列化学品—我们真的必须一次做一个,看看每种化学品’属性的性质。”

“我们在人们和Biota看到这些化学品,他们应该在那里’t be,” continues Harner. "其中一些化合物几乎有两个个性。在一个阶段,它们可以是疏水性的—抵抗水,更喜欢分隔或附着于脂肪—所以在脂肪组织,土壤和植物角质节中积聚。在其他阶段,它们可以是亲水的—be water-soluble—并以这种方式运输。”换句话说,一些化合物可以跳,游泳和飞行—由化学物质影响的行为’结构和围绕它们的物理景观和大气条件。

询问关于化学方式的问题’S结构将确定其在各种环境条件下的行为是绿色化学的先决条件。有此类问题已被询问PCB或PBDES—或者更多地关注答案及其影响—他们可能不会在冒着挪威最北部的峡湾巡航鸟类的鸟类。

追逐分子:有毒产品,人类健康和绿色化学的承诺 由伊丽莎白格罗斯曼。©2009年伊丽莎白格罗斯曼。由岛上媒体的许可转载,华盛顿州,D.C。

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