Amazonaskov fanger høje niveauer af atmosfærisk kviksølvforurening fra håndværksmæssig guldminedrift

Tak fordi du besøgte Nature.com. Den browserversion, du bruger, har begrænset understøttelse af CSS. For den bedste oplevelse anbefaler vi, at du bruger en opdateret browser (eller slår kompatibilitetstilstand fra i Internet Explorer). I mellemtiden for at sikre fortsat support, vil vi vise siden uden stilarter og JavaScript.
Kviksølvemissioner fra håndværksmæssig og småskala guldminedrift på tværs af den sydlige halvkugle overgår kulforbrænding som verdens største kilde til kviksølv. Vi undersøger kviksølvaflejring og -lagring i den peruvianske Amazonas, som er stærkt påvirket af håndværksmæssig guldminedrift. Intakte skove i den peruvianske Amazonas nær ved guldminer modtog ekstremt høje kviksølvinput med forhøjet total- og methylkviksølv i atmosfæren, kroneblade og jord. Her viser vi for første gang, at intakte skovkroner nær håndværksmæssige guldminer opfanger store mængder partikelformigt og gasformigt kviksølv med proportioner til det samlede bladareal. Vi dokumenterer betydelig kviksølvakkumulering i jord, biomasse og fastboende sangfugle i nogle af de mest beskyttede og biodiversitetsrige områder i Amazonas, hvilket rejser vigtige spørgsmål om, hvordan kviksølvforurening begrænser moderne og fremtidige bevaringsindsatser i disse spørgsmål om tropiske økosystemer .
En voksende udfordring for tropiske skove økosystemer er håndværksmæssig og småskala guldminedrift (ASGM). Denne form for guldudvinding forekommer i mere end 70 lande, ofte uformelt eller ulovligt, og tegner sig for omkring 20 % af verdens guldproduktion1.Mens ASGM er et vigtigt levebrød for lokalsamfund, det resulterer i udbredt skovrydning2,3, omfattende omdannelse af skove til damme4, højt sedimentindhold i nærliggende floder5,6 og er en væsentlig bidragyder til den globale atmosfære Udledning af kviksølv (Hg) og største kilder til ferskvandskviksølv 7. Mange intensiverede ASGM-lokaliteter er placeret i globale biodiversitets-hotspots, hvilket resulterer i tab af diversitet8, tab af følsomme arter9 og menneskelige10,11,12 og apex-rovdyr13, 14 høj eksponering for kviksølv.Anslået 675-1000 tons Hg yr-1 fordampes og frigives til den globale atmosfære fra ASGM-operationer årligt7. Brugen af ​​store mængder kviksølv ved håndværksmæssig og småskala guldminedrift har flyttet store kilderaf atmosfæriske kviksølvemissioner fra det globale nord til det globale syd, med implikationer for kviksølvs skæbne, transport- og eksponeringsmønstre. Der er dog lidt kendt om skæbnen for disse atmosfæriske kviksølvemissioner og deres aflejrings- og akkumuleringsmønstre i ASGM-påvirkede landskaber.
Den internationale Minamata-konvention om kviksølv trådte i kraft i 2017, og artikel 7 omhandler specifikt kviksølvemissioner fra håndværksmæssig og småskala guldminedrift. I ASGM tilsættes flydende elementært kviksølv til sedimenter eller malm for at adskille guld. Amalgamet opvarmes derefter, koncentrere guldet og frigive gasformigt elementært kviksølv (GEM; Hg0) til atmosfæren. Dette er på trods af bestræbelser fra grupper som FN's Miljøprogram (UNEP) Global Mercury Partnership, FN's Organisation for Industriel Udvikling (UNIDO) og NGO'er for at tilskynde minearbejdere for at reducere kviksølvemissioner. Når dette skrives i 2021, har 132 lande, inklusive Peru, underskrevet Minamata-konventionen og er begyndt at udvikle nationale handlingsplaner for specifikt at adressere ASGM-relaterede reduktioner af kviksølvemissioner. Akademikere har opfordret til, at disse nationale handlingsplaner være inkluderende, bæredygtig og holistisk under hensyntagen til socioøkonomiske drivkræfter og miljøfarer15,16,17,18.Nuværende planer for at imødegå konsekvenserne af kviksølv i miljøet fokuserer på kviksølvrisici forbundet med håndværksmæssig og småskala guldminedrift nær akvatiske økosystemer, involverer minearbejdere og mennesker, der bor i nærheden af ​​amalgamafbrænding, og samfund, der indtager store mængder rovfisk. Erhvervsmæssig eksponering for kviksølv gennem indånding af kviksølvdampe fra forbrænding af amalgam, kviksølveksponering i kosten gennem indtagelse af fisk og kviksølvbioakkumulation i akvatiske fødevæv har været i fokus for det meste ASGM-relateret videnskabelig forskning, herunder i Amazonas.Tidligere undersøgelser (se f.eks. Lodenius og Malm19).
Terrestriske økosystemer er også i risiko for kviksølveksponering fra ASGM. Atmosfærisk Hg frigivet fra ASGM, da GEM kan vende tilbage til det terrestriske landskab gennem tre hovedruter20 (Fig. 1): GEM kan adsorberes til partikler i atmosfæren, som derefter opfanges af overflader;GEM kan absorberes direkte af planter og inkorporeres i deres væv;endelig kan GEM oxideres til Hg(II)-arter, som kan aflejres i tør tilstand, adsorberes i atmosfæriske partikler eller medføres i regnvand. Disse veje tilfører kviksølv til jorden gennem faldvand (dvs. nedbør på tværs af trækronen), kuld og henholdsvis nedbør.Vådaflejring kan bestemmes af kviksølvflux i sediment opsamlet i åbne rum.Tørdeposition kan bestemmes som summen af ​​kviksølvfluxen i affald og kviksølvfluxen i efteråret minus kviksølvfluxen i nedbør.En række undersøgelser har dokumenteret kviksølvberigelse i terrestriske og akvatiske økosystemer i umiddelbar nærhed af ASGM-aktivitet (se f.eks. sammenfattende tabel i Gerson et al. 22), sandsynligvis som følge af både sedimentært kviksølvinput og direkte kviksølvfrigivelse.Men den øgede kviksølvaflejring nær ASGM kan skyldes afbrænding af kviksølv-guld amalgam, det er uklart, hvordan dette Hg transporteres i det regionale landskab og den relative betydning af forskellig aflejringalle veje nær ASGM.
Kviksølv udsendt som gasformigt elementært kviksølv (GEM; Hg0) kan deponeres i landskabet gennem tre atmosfæriske veje. For det første kan GEM oxideres til ionisk Hg (Hg2+), som kan medføres i vanddråber og aflejres på bladoverflader som våde eller tørre aflejringer. For det andet kan GEM'er adsorbere atmosfærisk partikelstof (Hgp), som opfanges af løv og skylles ind i landskabet gennem vandfald sammen med det opsnappede ioniske Hg. For det tredje kan GEM absorberes i bladvæv, mens Hg aflejres i landskab som affald. Sammen med faldende vand og affald betragtes som et skøn over den samlede kviksølvaflejring. Selvom GEM også kan diffundere og adsorbere direkte til jord og affald77, er dette muligvis ikke den primære vej for kviksølvs indtræden i terrestriske økosystemer.
Vi forventer, at koncentrationer af kviksølv i gasform vil falde med afstanden fra kviksølvemissionskilder. Da to af de tre veje for kviksølvaflejring i landskaber (gennem fald og affald) afhænger af kviksølvinteraktioner med planteoverflader, kan vi også forudsige den hastighed, hvormed kviksølv er aflejret i økosystemer, og hvor alvorlig det er for dyr Risikoen for påvirkning bestemmes af vegetationsstrukturen, som vist ved observationer i boreale og tempererede skove på nordlige breddegrader23. Vi erkender dog også, at ASGM-aktivitet ofte forekommer i troperne, hvor kronestrukturen og relativ overflod af eksponeret bladareal varierer meget. Den relative betydning af kviksølvaflejringsveje i disse økosystemer er ikke blevet klart kvantificeret, især for skove tæt på kviksølvemissionskilder, hvis intensitet sjældent observeres i boreale skove. Derfor er i denne undersøgelse, stiller vi følgende spørgsmål: (1) Hvordan kan gasformige elementært kviksølvkoncentrationer ogaflejringsveje varierer med nærheden af ​​ASGM og bladarealindekset for den regionale krone?(2) Er jordkviksølvlagring relateret til atmosfærisk input?(3) Er der tegn på forhøjet kviksølvbioakkumulation i skovlevende sangfugle nær ASGM? Denne undersøgelse er den første til at undersøge input af kviksølvaflejring nær ASGM-aktivitet, og hvordan baldakindækning korrelerer med disse mønstre, og den første til at måle koncentrationer af methylkviksølv (MeHg) i det peruvianske Amazonlandskab. Vi målte GEM i atmosfæren og total nedbør, penetration, total kviksølv og methylkviksølv i blade, strøelse og jord i skove og skovede habitater langs en 200 kilometer lang strækning af Madre de Dios-floden i det sydøstlige Peru. Vi antog, at nærhed til ASGM og minebyer, der brænder Hg-guld-amalgam, ville være den vigtigste faktorer, der driver atmosfæriske Hg-koncentrationer (GEM) og våd Hg-aflejring (høj nedbør). Da tør kviksølvaflejring (penetration + affald) er relateret til tr.ee baldakinstruktur,21,24 vi forventer også, at skovområder vil have højere kviksølvtilførsler end tilstødende skovrydte områder, hvilket i betragtning af det høje bladarealindeks og kviksølvfangstpotentiale er særligt bekymrende. Intakt Amazonaskov. Vi antog yderligere, at faunaen at bo i skove nær minebyer havde højere kviksølvniveauer end fauna, der levede langt fra mineområder.
Vores undersøgelser fandt sted i provinsen Madre de Dios i det sydøstlige peruvianske Amazonas, hvor mere end 100.000 hektar skov er blevet fældet for at danne alluvial ASGM3 ved siden af, og nogle gange inden for, beskyttede områder og nationale reservater. Håndværksmæssigt og småskala guld minedrift langs floder i denne vestlige Amazonas-region er steget dramatisk i løbet af det seneste årti25 og forventes at stige med høje guldpriser og øget forbindelse til bycentre via transoceaniske motorveje Aktiviteterne fortsætter 3. Vi valgte to steder uden minedrift (Boca Manu og Chilive 100 og 50 km fra henholdsvis ASGM) – herefter benævnt "fjernområder" - og tre lokaliteter inden for mineområdet - herefter benævnt "remote sites" minedriftsplads" (fig. 2A). To af minedriften steder er placeret i sekundær skov nær byerne Boca Colorado og La Bellinto, og en minedrift er placeret i en intakt gammel skov på Los Amigos Conservation Koncession. Bemærk, at i minerne Boca Colorado og Laberinto forekommer kviksølvdampe, der frigives fra forbrændingen af ​​kviksølv-guld amalgam, ofte, men den nøjagtige placering og mængde er ukendt, da disse aktiviteter ofte er uformelle og hemmelige;vi vil kombinere minedrift og kviksølv Forbrænding af legeringer omtales under ét som "ASGM-aktivitet".På hvert sted installerede vi sedimentprøvetagere i både den tørre og regnfulde sæson i lysninger (områder med skovrydning, der er fuldstændig fri for træagtige planter) og under trækroner (skov). områder) for i alt tre sæsonbegivenheder (hver varende 1-2 måneder) ) Vådaflejring og gennemtrængningsfald blev opsamlet separat, og passive luftprøvetagere blev indsat i det åbne rum for at indsamle GEM. Det følgende år, baseret på den høje deposition satser målt i det første år installerede vi samlere på seks ekstra skovgrunde i Los Amigos.
Kortene over de fem prøveudtagningssteder er vist som gule cirkler. To steder (Boca Manu, Chilive) er placeret i områder langt fra håndværksmæssig guldminedrift, og tre steder (Los Amigos, Boca Colorado og Laberinto) er placeret i områder, der er påvirket af minedrift. , med minebyer vist som blå trekanter. Illustrationen viser et typisk fjerntliggende skovbevokset og afskovet område, der er påvirket af minedrift. I alle figurer repræsenterer den stiplede linje skillelinjen mellem de to fjerntliggende steder (til venstre) og de tre minedriftsramte lokaliteter ( højre).B Koncentrationer af gasformigt elementært kviksølv (GEM) på hvert sted i den tørre sæson 2018 (n = 1 uafhængig prøve pr. lokalitet; kvadratiske symboler) og våde sæsoner (n = 2 uafhængige prøver; kvadratiske symboler) sæsoner.C Samlede kviksølvkoncentrationer i nedbør indsamlet i områder med skov (grøn boxplot) og skovrydning (brun boxplot) i tørsæsonen 2018. For alle boxplot repræsenterer linjer medianer, kasser viser Q1 og Q3, whiskers repræsenterer 1,5 gange interkvartilområdet (n =5 uafhængige prøver pr. skovlokalitet, n = 4 uafhængige prøver pr. skovrydningsstedsprøve).D Samlede kviksølvkoncentrationer i blade indsamlet fra baldakinen af ​​Ficus insipida og Inga feuillei i den tørre sæson i 2018 (venstre akse;henholdsvis mørkegrønne firkantede og lysegrønne trekantsymboler) og fra bulkaffald på jorden (højre akse; olivengrønne cirkelsymboler). Værdier vises som middelværdi og standardafvigelse (n = 3 uafhængige prøver pr. sted for levende blade, n = 1 uafhængig prøve for strøelse).E Samlede kviksølvkoncentrationer i muldjorden (øverste 0-5 cm) indsamlet i områder med skov (grøn boxplot) og skovrydning (brun boxplot) i tørsæsonen 2018 (n = 3 uafhængige prøver pr. ).Data for andre årstider er vist i figur 1.S1 og S2.
Atmosfæriske kviksølvkoncentrationer (GEM) var i overensstemmelse med vores forudsigelser, med høje værdier omkring ASGM-aktivitet - især omkring byer, der brænder Hg-guld amalgam - og lave værdier i områder langt fra aktive mineområder (fig. 2B). fjerntliggende områder er GEM-koncentrationerne under den globale gennemsnitlige baggrundskoncentration på den sydlige halvkugle på omkring 1 ng m-326. I modsætning hertil var GEM-koncentrationerne i alle tre miner 2-14 gange højere end i fjerntliggende miner, og koncentrationerne i nærliggende miner ( op til 10,9 ng m-3) var sammenlignelige med dem i by- og byområder og oversteg nogle gange dem i USA, industrizoner i Kina og Korea 27. Dette GEM-mønster i Madre de Dios er i overensstemmelse med kviksølv-guld amalgambrænding som den vigtigste kilde til forhøjet atmosfærisk kviksølv i denne fjerntliggende Amazon-region.
Mens GEM-koncentrationer i lysninger sporede nærheden til minedrift, afhang de samlede kviksølvkoncentrationer i gennemtrængende vandfald af nærheden til minedrift og skovkronestruktur. Denne model antyder, at GEM-koncentrationer alene ikke forudsiger, hvor højt kviksølv vil blive aflejret i landskabet. Vi målte den højeste kviksølvkoncentrationer i intakte modne skove inden for mineområdet (fig. 2C). Los Amigos Conservation Conservation havde de højeste gennemsnitlige koncentrationer af totalt kviksølv i den tørre sæson (interval: 18-61 ng L-1) rapporteret i litteraturen og var sammenlignelige til niveauer målt på steder, der er forurenet af cinnoberminedrift og industriel kulforbrænding.Difference, 28 i Guizhou, Kina. Så vidt vi ved, repræsenterer disse værdier de maksimale årlige gennemløb af kviksølvfluxer beregnet ved brug af kviksølvkoncentrationer og nedbørshastigheder i den tørre og våde sæson (71 µg m-2 år-1; Supplerende tabel 1). De to andre minedriftssteder havde ikke forhøjede niveauer af totalt kviksølv sammenlignet med de fjerntliggende steder (interval: 8-31 ng L-1; 22-34 µg m-2 år-1). Med undtagelse af Hg var der kun aluminium og mangan havde forhøjet gennemløb i mineområdet, sandsynligvis på grund af minedriftsrelateret jordrydning;alle andre målte hoved- og sporelementer varierede ikke mellem minedrift og fjerntliggende områder (Supplerende datafil 1), et fund i overensstemmelse med bladkviksølvdynamik 29 og ASGM amalgamforbrænding snarere end luftbåren støv, som hovedkilden til kviksølv i det gennemtrængende fald .
Ud over at fungere som adsorbenter for partikelformigt og gasformigt kviksølv kan planteblade direkte absorbere og integrere GEM i væv30,31. Faktisk er affald på steder tæt på ASGM-aktivitet en vigtig kilde til kviksølvaflejring. Gennemsnitlige koncentrationer af Hg (0,080) –0,22 µg g−1) målt i levende kroneblade fra alle tre minesteder overskred de offentliggjorte værdier for tempererede, boreale og alpine skove i Nordamerika, Europa og Asien, samt andre Amazonaskove i Sydamerika, beliggende i Sydamerika.Fjerntliggende områder og nærpunktkilder 32, 33, 34. Koncentrationerne er sammenlignelige med dem, der er rapporteret for bladkviksølv i subtropiske blandede skove i Kina og atlantiske skove i Brasilien (Fig. 2D)32,33,34. Efter GEM-modellen er den højeste samlede kviksølvkoncentrationer i bulkaffald og baldakinblade blev målt i sekundære skove inden for mineområdet. De estimerede kviksølvaffaldsstrømme var dog højest i intakt primær skov ved Los Amigos-minen, sandsynligvis på grund af den større affaldsmasse. Vi multiplicerede den tidligere rapporteret peruviansk Amazonas 35 af Hg målt i kuldet (gennemsnit mellem våde og tørre sæsoner) (Fig. 3A). Dette input tyder på, at nærhed til mineområder og trækronedække er væsentlige bidragydere til kviksølvbelastningerne i ASGM i denne region.
Data er vist i A-skov- og B-afskovningsområde. De ryddede områder i Los Amigos er feltstationsrydninger, der udgør en lille del af det samlede land. Fluxer er vist med pile og udtrykt som µg m-2 år-1. øverste 0-5 cm jord, puljerne er vist som cirkler og udtrykt i μg m-2. Procent repræsenterer procentdelen af ​​kviksølv til stede i poolen eller flux i form af methylkviksølv. Gennemsnitlige koncentrationer mellem tørre sæsoner (2018 og 2019) og regnsæsoner (2018) for total kviksølv gennem nedbør, masseudfældning og affald, for opskalering af kviksølvbelastninger. Methylkviksølvdata er baseret på 2018-tørsæsonen, det eneste år, hvor det blev målt. Se "Metoder" for information om pooling og fluxberegninger.C Sammenhæng mellem total kviksølvkoncentration og bladarealindeks i otte parceller af Los Amigos Conservation Conservation, baseret på almindelig mindste kvadraters regression.D Sammenhæng mellem total kviksølvkoncentration i nedbør og total overflade jord kviksølv koncentration for alle fem steder i skov (grønne cirkler) og skovrydning (brune trekanter) regioner, ifølge almindelig mindste kvadraters regression (fejl søjler viser standardafvigelse).
Ved hjælp af langsigtede nedbørs- og affaldsdata var vi i stand til at skalere målinger af gennemtrængning og indhold af affaldskviksølv fra de tre kampagner for at give et estimat af den årlige atmosfæriske kviksølvflux for Los Amigos Conservation Concession (penetration + kuldmængde + nedbør) for et foreløbigt skøn. Vi fandt ud af, at atmosfæriske kviksølvstrømme i skovreservater, der støder op til ASGM-aktivitet, var mere end 15 gange højere end i omgivende skovede områder (137 versus 9 µg Hg m-2 år-1; figur 3 A,B). Denne foreløbige estimat af kviksølvniveauer i Los Amigos overstiger tidligere rapporterede kviksølvstrømme nær punktkilder til kviksølv i skove i Nordamerika og Europa (f.eks. kulafbrænding), og kan sammenlignes med værdier i det industrielle Kina 21,36. Alt i alt ca. 94 % af den samlede kviksølvaflejring i de beskyttede skove i Los Amigos er produceret ved tør aflejring (penetration + affald - nedbørskviksølv), et bidrag meget højere end de fleste andre forgrunde.landskaber verden over. Disse resultater fremhæver forhøjede niveauer af kviksølv, der kommer ind i skovene ved tør aflejring fra ASGM og vigtigheden af ​​skovkronerne for at fjerne ASGM-afledt kviksølv fra atmosfæren. Vi forventer, at det stærkt berigede Hg-aflejringsmønster observeret i skovområder nær ASGM aktivitet er ikke unik for Peru.
I modsætning hertil har afskovede områder i mineområder lavere kviksølvniveauer, hovedsageligt gennem kraftig nedbør, med lidt kviksølvtilførsel gennem fald og affald. Koncentrationer af totalt kviksølv i bulk sedimenter i mineområdet var sammenlignelige med dem, der blev målt i fjerntliggende områder (fig. 2C) ).Gennemsnitlige koncentrationer (interval: 1,5-9,1 ng L-1) af total kviksølv i tørsæsonens bulkudfældning var lavere end tidligere rapporterede værdier i Adirondacks i New York37 og var generelt lavere end dem i fjerntliggende Amazonas-regioner38. Derfor, masseudfældningsinputtet af Hg var lavere (8,6-21,5 µg Hg m-2 yr-1) i det tilstødende skovrydte område sammenlignet med GEM, gennemfalds- og kuldkoncentrationsmønstre på mineområdet og afspejler ikke nærheden til minedrift .Fordi ASGM kræver skovrydning, har 2,3 ryddede områder, hvor minedrift er koncentreret, lavere kviksølvtilførsler fra atmosfærisk aflejring end nærliggende skovbevoksede områder, selvom ikke-atmosfæriske direkte udslip af ASGM (f.eks.s elementært kviksølvspild eller tailings) vil sandsynligvis være meget høj.Høj 22.
Ændringer i kviksølvfluxen observeret i den peruvianske Amazonas er drevet af store forskelle inden for og mellem lokaliteter i den tørre sæson (skov og skovrydning) (fig. 2). Derimod så vi minimale intra-site og inter-site forskelle samt lave Hg-fluxer i regntiden (Supplerende Fig. 1). Denne sæsonmæssige forskel (Fig. 2B) kan skyldes den højere intensitet af minedrift og støvproduktion i den tørre sæson. Øget skovrydning og reduceret nedbør i tørre sæsoner kan øge støvet produktion og derved øge mængden af ​​atmosfæriske partikler, der absorberer kviksølv. Kviksølv- og støvproduktion i den tørre sæson kan bidrage til kviksølvfluxmønstre inden for skovrydning sammenlignet med de skovklædte områder i Los Amigos Conservation Concession.
Da kviksølvinput fra ASGM i den peruvianske Amazonas deponeres i terrestriske økosystemer primært gennem interaktioner med skovkronerne, testede vi, om højere trækronetæthed (dvs. bladarealindeks) ville føre til højere kviksølvtilførsler. I den intakte skov Los Amigos Conservation Concession, vi indsamlede faldfald fra 7 skovparceller med forskellige kronetætheder. Vi fandt ud af, at bladarealindeks var en stærk forudsigelse for total kviksølvinput gennem fald, og den gennemsnitlige totale kviksølvkoncentration gennem fald steg med bladarealindeks (fig. 3C ).Mange andre variabler påvirker også kviksølvinput gennem fald, herunder bladalder34, bladruhed, stomatal tæthed, vindhastighed39, turbulens, temperatur og præ-tørre perioder.
I overensstemmelse med de højeste kviksølvaflejringsrater havde muldjorden (0-5 cm) på Los Amigos skovområdet den højeste samlede kviksølvkoncentration (140 ng g-1 i tørsæsonen 2018; Fig. 2E). Ydermere var kviksølvkoncentrationerne beriget på tværs af hele den målte lodrette jordprofil (interval 138-155 ng g-1 i en dybde på 45 cm; Supplerende Fig. 3). Det eneste sted, der udviste høje overfladejordkviksølvkoncentrationer i tørsæsonen 2018, var et skovrydningssted nær ved en mineby (Boca Colorado). På dette sted antog vi, at de ekstremt høje koncentrationer kan skyldes lokaliseret kontaminering af elementært kviksølv under fusion, da koncentrationerne ikke steg i dybden (>5 cm). Fraktionen af ​​atmosfærisk kviksølvaflejring tabt ved at undslippe jorden (dvs. kviksølv frigivet til atmosfæren) på grund af kronedækket kan også være meget lavere i skovbevoksede områder end i skovrydte områder40, hvilket tyder på, at en betydelig del af kviksølvet afsættes til bevaring.Området forbliver i jorden. Jordens samlede kviksølvpuljer i den primære skov i Los Amigos Conservation Conservation var 9100 μg Hg m-2 inden for de første 5 cm og over 80.000 μg Hg m-2 inden for de første 45 cm.
Da blade primært absorberer atmosfærisk kviksølv, snarere end jordkviksølv,30,31 og derefter transporterer dette kviksølv ned i jorden ved at falde, er det muligt, at den høje aflejringshastighed af kviksølv driver de mønstre, der observeres i jorden. Vi fandt en stærk sammenhæng mellem gennemsnitlig total kviksølvkoncentrationer i muldjord og samlede kviksølvkoncentrationer i alle skovområder, hvorimod der ikke var nogen sammenhæng mellem muldjordskviksølv og samlede kviksølvkoncentrationer i kraftig nedbør i skovede områder (Fig. 3D). Lignende mønstre var også tydelige i forholdet mellem muldjordens kviksølvpuljer og samlede kviksølvfluxer i skovbevoksede områder, men ikke i skovrydningsområder (kviksølvpuljer i overjorden og samlet nedbør samlede kviksølvflux).
Næsten alle undersøgelser af terrestrisk kviksølvforurening forbundet med ASGM har været begrænset til målinger af total kviksølv, men methylkviksølvkoncentrationer bestemmer kviksølvs biotilgængelighed og efterfølgende næringsophobning og eksponering.I terrestriske økosystemer methyleres kviksølv af mikroorganismer under anoksiske forhold41,42, så det er mente generelt, at højlandsjord har lavere koncentrationer af methylkviksølv. Men for første gang har vi registreret målbare koncentrationer af MeHg i Amazonas jord nær ASGM'er, hvilket tyder på, at forhøjede MeHg-koncentrationer strækker sig ud over akvatiske økosystemer og ind i terrestriske miljøer inden for disse ASGM-ramte områder , herunder dem, der er nedsænket i regntiden.Jord og dem, der forbliver tør året rundt. De højeste koncentrationer af methylkviksølv i muldjorden i tørsæsonen 2018 fandt sted i to skovklædte områder af minen (Boca Colorado og Los Amigos Reserve; 1,4 ng MeHg g−1, 1,4 % Hg som MeHg og 1,1 ng MeHg g−1, henholdsvis ved 0,79 % Hg (som MeHg).Da disse procentdele af kviksølv i form af methylkviksølv er sammenlignelige med andre terrestriske steder på verdensplan (Supplerende Fig. 4), ser de høje koncentrationer af methylkviksølv ud til at være på grund af høj total kviksølvinput og høj lagring af total kviksølv i jord, frem for nettoomdannelse af tilgængeligt uorganisk kviksølv til methylkviksølv (Supplerende figur 5) Vores resultater repræsenterer de første målinger af methylkviksølv i jord nær ASGM i den peruvianske Amazonas. Ifølge andre undersøgelser har rapporteret højere produktion af methylkviksølv i oversvømmede og tørre landskaber43,44, og vi forventer højere koncentrationer af methylkviksølv i nærliggende skove sæsonbestemte og permanente vådområder, der opleverlignende kviksølvbelastninger.Selvom methylkviksølv. Hvorvidt der er en toksicitetsrisiko for terrestrisk dyreliv i nærheden af ​​guldmineaktiviteter, er stadig uafklaret, men disse skove tæt på ASGM-aktiviteter kan være hotspots for kviksølvbioakkumulation i terrestriske fødevæv.
Den vigtigste og mest nye implikation af vores arbejde er at dokumentere transporten af ​​store mængder kviksølv ind i skove, der støder op til ASGM. Vores data tyder på, at dette kviksølv er tilgængeligt i og bevæger sig gennem jordbaserede fødevæv. Derudover betydelige mængder kviksølv lagres i biomasse og jord og vil sandsynligvis blive frigivet med ændringer i arealanvendelsen4 og skovbrande45,46. Det sydøstlige peruvianske Amazonas er et af de mest biologisk mangfoldige økosystemer af hvirveldyr og insekttaxa på Jorden. Høj strukturel kompleksitet inden for intakt antikke tropiske områder skove fremmer fuglebiodiversitet48 og giver nicher til en bred vifte af skovlevende arter49. Som følge heraf er mere end 50 % af Madre de Dios-området udpeget som beskyttet land eller en national reserve50.Internationalt pres for at kontrollere ulovlig ASGM-aktivitet i Tambopata National Reserve er vokset betydeligt i løbet af det sidste årti, hvilket har ført til en større håndhævelsesaktion (Operación Mercurio) af den peruvianske regeringi 2019. Vores resultater tyder imidlertid på, at kompleksiteten af ​​de skove, der ligger til grund for Amazonas biodiversitet, gør regionen meget sårbar over for kviksølvbelastning og -lagring i landskaber med øgede ASGM-relaterede kviksølvemissioner, hvilket fører til globale kviksølvstrømme gennem vandet.Den højeste rapporterede måling af mængden er baseret på vores foreløbige estimater af forhøjede affaldskviksølvfluxer i intakte skove nær ASGM. Mens vores undersøgelser fandt sted i beskyttede skove, ville mønsteret med forhøjet kviksølvtilførsel og -retention gælde for enhver gammel primær skov nær ASGM-aktivitet, herunder bufferzoner, så disse resultater stemmer overens med beskyttede og ubeskyttede skove.Beskyttede skove ligner hinanden. Derfor er risiciene ved ASGM for kviksølvlandskaber ikke kun relateret til den direkte import af kviksølv gennem atmosfæriske emissioner, spild og tailings, men også til landskabets evne til at fange, opbevare og omdanne kviksølv til mere biotilgængeligt. formularer.relateret til potentielt.methylkviksølv, der viser forskellige effekter på globale kviksølvpuljer og terrestrisk dyreliv afhængigt af skovdække nær minedrift.
Ved at binde atmosfærisk kviksølv kan intakte skove nær håndværksmæssig og småskala guldminedrift reducere kviksølvrisici for nærliggende akvatiske økosystemer og globale atmosfæriske kviksølvreservoirer. Hvis disse skove ryddes til udvidet minedrift eller landbrugsaktiviteter, kan resterende kviksølv overføres fra land til vand. økosystemer gennem skovbrande, flugt og/eller afstrømning45, 46, 51, 52, 53. I den peruvianske Amazonas bruges omkring 180 tons kviksølv årligt i ASGM54, hvoraf omkring en fjerdedel udledes til atmosfæren55, givet Conservation Concession ved Los Amigos. Dette område er cirka 7,5 gange det samlede areal af beskyttet jord og naturreservater i Madre de Dios-regionen (ca. 4 millioner hektar), som har den største andel af beskyttet jord i nogen anden peruviansk provins, og disse store arealer af intakt skovland.Delvist uden for deponeringsradius for ASGM og kviksølv. Kviksølvbinding i intakte skove er således ikke tilstrækkelig til at forhindre ASGM-afledt kviksølv i at komme ind i regionale og globale atmosfæriske kviksølvpuljer, hvilket tyder på vigtigheden af ​​at reducere ASGM-kviksølvemissioner. Skæbnen for store mængder af kviksølv lagret i terrestriske systemer er i høj grad påvirket af bevaringspolitikker. Fremtidige beslutninger om, hvordan man forvalter intakte skove, især i områder nær ASGM-aktivitet, har således konsekvenser for kviksølvmobilisering og biotilgængelighed nu og i de kommende årtier.
Selvom skove kunne binde alt kviksølv frigivet i tropiske skove, ville det ikke være et vidundermiddel mod kviksølvforurening, da jordbaserede fødevæv også kan være sårbare over for kviksølv. Vi ved meget lidt om kviksølvkoncentrationer i biota i disse intakte skove, men disse første målinger af terrestriske kviksølvaflejringer og methylkviksølv i jorden tyder på, at høje niveauer af kviksølv i jorden og højt methylkviksølv kan øge eksponeringen for dem, der bor i disse skove.Risici for forbrugere af høj ernæringsmæssig kvalitet.Data fra tidligere undersøgelser af terrestrisk kviksølvbioakkumulering i tempererede skove har fundet ud af, at blodets kviksølvkoncentrationer i fugle korrelerer med kviksølvkoncentrationer i sedimenter, og sangfugle, der spiser fødevarer udelukkende fra land, kan udvise kviksølvkoncentrationer Forhøjet 56,57. Forhøjet kviksølv-associeret eksponering hos sangfugle med reduceret reproduktionsevne og succes, reduceret afkoms overlevelse, nedsat udvikling, adfærdsændringer, fysiologisk stress og dødelighed58,59.Hvis denne model gælder for den peruvianske Amazonas, kan de høje kviksølvfluxer, der forekommer i intakte skove, føre til høje kviksølvkoncentrationer i fugle og anden biota, med mulige negative virkninger. Dette er især bekymrende, fordi regionen er et globalt hotspot for biodiversitet60. Disse resultater understreger vigtigheden af ​​at forhindre håndværksmæssig og småskala guldmine i at finde sted inden for nationale beskyttede områder og bufferzonerne omkring dem. Formalisering af ASGM-aktivitetes15,16 kan være en mekanisme til at sikre, at beskyttede områder ikke udnyttes.
For at vurdere, om kviksølv aflejret i disse skovklædte områder trænger ind i det terrestriske fødenet, målte vi halefjerene på flere hjemmehørende sangfugle fra Los Amigos-reservatet (påvirket af minedrift) og Cocha Cashu Biologiske Station (upåvirkede gamle fugle).samlet kviksølvkoncentration.vækstskov), 140 km fra vores mest opstrøms Bokamanu prøveudtagningssted. For alle tre arter, hvor der blev udtaget flere individer på hvert sted, var Hg forhøjet hos fuglene i Los Amigos sammenlignet med Cocha Cashu (fig. 4). mønsteret vedblev uanset fodervaner, da vores prøve inkluderede underhistorien anti-spiser Myrmotherula axillaris, myre-efterfulgt anti-spiser Phlegopsis nigromaculata og frugt-spiser Pipra fasciicauda (1,8 [n = 10] vs. 0,9 μg g− 1 [n = 2], 4,1 [n = 10] vs. 1,4 μg g-1 [n = 2], 0,3 [n = 46] vs. 0,1 μg g-1 [n = 2]). Af de 10 Phlegopsis nigromaculata individer udtaget i Los Amigos, 3 overskred EC10 (effektiv koncentration for en 10 % reduktion i reproduktionssucces), 3 overskred EC20, 1 oversteg EC30 (se EC-kriterier i Evers58), og ingen individuel Cocha Enhver art af Cashu overstiger EC10. Disse foreløbige fund, med gennemsnitlige kviksølvkoncentrationer 2-3 gange højere i sangfugle fra beskyttede skove, der støder op til ASGM-aktivitet,og individuelle kviksølvkoncentrationer op til 12 gange højere, vækker bekymring for, at kviksølvforurening fra ASGM kan trænge ind i jordbaserede fødevæv.grad af betydelig bekymring. Disse resultater understreger vigtigheden af ​​at forhindre ASGM-aktivitet i nationalparker og deres omkringliggende bufferzoner.
Data blev indsamlet ved Los Amigos Conservation Concessions (n ​​= 10 for Myrmotherula axillaris [understory invertivore] og Phlegopsi nigromaculata [myrefølgende invertivore], n = 46 for Pipra fasciicauda [frugivore]; rød trekantsymbol) og fjerntliggende steder i Cocha Kashu Biologiske Station (n = 2 pr. art; grønne cirkelsymboler). Effektive koncentrationer (EC'er) er vist at reducere reproduktionssucces med 10%, 20% og 30% (se Evers58). Fuglebilleder modificeret fra Schulenberg65.
Siden 2012 er omfanget af ASGM i den peruvianske Amazonas steget med mere end 40 % i beskyttede områder og 2,25 eller mere i ubeskyttede områder. Fortsat brug af kviksølv i håndværksmæssig og småskala guldminedrift kan have ødelæggende virkninger på dyrelivet som beboer disse skove.Selv hvis minearbejdere holder op med at bruge kviksølv øjeblikkeligt, kan virkningerne af denne forurening i jordbunden vare i århundreder med potentiale til at øge tab fra skovrydning og skovbrande61,62.Kviksølvforurening fra ASGM kan således have langvarig effekter på biotaen af ​​intakte skove, der støder op til ASGM, nuværende risici og fremtidige risici gennem kviksølvudslip i gammelskove med den højeste bevaringsværdi.og reaktivering for at maksimere forureningspotentialet. Vores konstatering af, at terrestrisk biota kan være i betydelig risiko for kviksølvforurening fra ASGM, bør give yderligere skub til fortsatte bestræbelser på at reducere kviksølvudslip fra ASGM. Disse bestræbelser omfatter en række forskellige tilgange, lige fra relativt simpel kviksølvfangst destillationssystemer til mere udfordrende økonomiske og sociale investeringer, der vil formalisere aktiviteten og reducere de økonomiske incitamenter for ulovlig ASGM.
Vi har fem stationer inden for 200 km fra Madre de Dios-floden. Vi udvalgte prøveudtagningssteder baseret på deres nærhed til intensiv ASGM-aktivitet, ca. 50 km mellem hvert prøveudtagningssted, tilgængelige via Madre de Dios-floden (fig. 2A). Vi har udvalgte to lokaliteter uden nogen minedrift (Boca Manu og Chilive, henholdsvis ca. 100 og 50 km fra ASGM), herefter benævnt "fjernområder". Vi udvalgte tre steder inden for mineområdet, i det følgende benævnt "Minesteder", to minepladser i sekundær skov nær byerne Boca Colorado og Laberinto, og en mineplads i intakt primær skov.Los Amigos Protection Concessions.Bemærk venligst, at der på Boca Colorado og Laberinto stederne i dette mineområde frigives kviksølvdamp fra forbrændingen kviksølv-guld amalgam er en hyppig forekomst, men den nøjagtige placering og mængde er ukendt, da disse aktiviteter ofte er ulovlige og hemmelige;vi vil kombinere minedrift og kviksølv Forbrænding af legeringer omtales samlet som "ASGM-aktivitet".I tørsæsonen 2018 (juli og august 2018) og regnsæsonen 2018 (december 2018) i lysninger (skovningsområder helt fri for træplanter) og under trækroner (skovområder) blev der installeret sedimentprøvetagere på fem steder og i januar 2019 for at opsamle henholdsvis våd aflejring (n = 3) og gennemtrængningsfald (n = 4). Nedbørsprøver blev indsamlet i løbet af fire uger i tør sæson og to til tre uger i regntiden. I løbet af det andet år af prøvetagningen i tørsæsonen (juli og august 2019) installerede vi samlere (n = 4) i seks yderligere skovområder i Los Amigos i fem uger, baseret på høje deponeringsrater målt i det første år. Der er i alt 7 skovparceller og 1 skovrydningsplot for Los Amigos. Afstanden mellem parcellerne var 0,1 til 2,5 km. Vi indsamlede et GPS-waypoint pr. plot ved hjælp af en håndholdt Garmin GPS.
Vi indsatte passive luftprøvetagere for kviksølv på hver af vores fem lokationer i tørsæsonen 2018 (juli-august 2018) og regnsæsonen 2018 (december 2018-januar 2019) i to måneder (PAS). Én PAS-prøvetager blev indsat pr. i den tørre sæson, og to PAS-prøvetagere blev indsat i regntiden. PAS (udviklet af McLagan et al. 63) opsamler gasformigt elementært kviksølv (GEM) ved passiv diffusion og adsorption på en svovlimprægneret kulstofsorbent (HGR-AC) via en Radiello© diffusionsbarriere. Diffusionsbarrieren af ​​PAS fungerer som en barriere mod passage af gasformige organiske kviksølvarter;derfor er kun GEM adsorberet til kulstof 64. Vi brugte plastikkabelbindere til at fastgøre PAS'en til en stolpe ca. 1 m over jorden. Alle prøveudtagere blev forseglet med parafilm eller opbevaret i genlukkelige dobbeltlagsplastikposer før og efter deployering. indsamlet feltblind- og rejseblind-PAS for at vurdere kontaminering introduceret under prøveudtagning, feltopbevaring, laboratorieopbevaring og prøvetransport.
Under udbredelsen af ​​alle fem prøvetagningssteder placerede vi tre nedbørssamlere til kviksølvanalyse og to opsamlere til andre kemiske analyser og fire gennemløbsopsamlere til kviksølvanalyse på skovrydningsstedet.opsamler og to samlere til andre kemiske analyser. Samlerne er en meter fra hinanden. Bemærk, at selvom vi har et ensartet antal opsamlere installeret på hvert sted, har vi i nogle indsamlingsperioder mindre prøvestørrelser på grund af oversvømmelser på stedet, mennesker interferens med opsamlere og forbindelsesfejl mellem slanger og opsamlingsflasker. På hver skov- og skovrydningsplads indeholdt en opsamler til kviksølvanalyse en 500 mL flaske, mens den anden indeholdt en 250 mL flaske;alle andre opsamlere til kemisk analyse indeholdt en 250 ml flaske. Disse prøver blev opbevaret på køl, indtil de var fri for fryseren, derefter sendt til USA på is og derefter opbevaret frosset indtil analyse. Opsamleren til kviksølvanalyse består af en glastragt, der passerede gennem et nyt styren-ethylen-butadien-styren-blokpolymerrør (C-Flex) med en ny polyethylenterephthalat-ester copolyesterglycol (PETG)-flaske med en løkke, der fungerer som en damplås. Ved anvendelsen blev alle 250 ml PETG-flasker forsuret med 1 mL saltsyre af spormetalkvalitet (HCl) og alle 500 mL PETG-flasker blev syrnet med 2 mL HCl af spormetalkvalitet. Opsamleren til andre kemiske analyser består af en plasttragt forbundet til en polyethylenflaske via ny C-Flex slange med en løkke, der fungerer som en damplås.Alle glastragte, plastiktragte og polyethylenflasker blev syrevasket før deployering. Vi indsamlede prøver ved hjælp af protokollen for rene hænder-snavsede hænder (EPA-metode 1669), holdt samples så koldt som muligt, indtil returnering til USA, og derefter opbevaret prøver ved 4°C indtil analyse. Tidligere undersøgelser med denne metode har vist 90-110% genfindinger for laboratorieblindprøver under detektionsgrænsen og standardspidser37.
På hvert af de fem steder indsamlede vi blade som kroneblade, greb bladprøver, frisk strøelse og bulk-strøelse ved hjælp af protokollen for rene hænder-snavsede hænder (EPA-metode 1669). Alle prøver blev indsamlet under en indsamlingslicens fra SERFOR , Peru, og importeret til USA under en USDA-importlicens. Vi indsamlede kroneblade fra to træarter fundet på alle steder: en ny træart (Ficus insipida) og et mellemstort træ (Inga feuilleei). Vi indsamlede blade. fra trækroner ved hjælp af Notch Big Shot-slynge i tørsæsonen 2018, regnsæsonen 2018 og tørsæsonen 2019 (n = 3 pr. art). Vi indsamlede prøver af bladgrab (n = 1) ved at indsamle blade fra hvert parcel fra grene mindre end 2 m over jorden i tørsæsonen 2018, regnsæsonen 2018 og tørsæsonen 2019. I 2019 indsamlede vi også prøver af løvfanger (n = 1) fra 6 yderligere skovparceller i Los Amigos. Vi indsamlede frisk affald ("bulk-strøelse") i kurve med netforet plastik(n = 5) i regnsæsonen 2018 på alle fem skovsteder og i tørsæsonen 2019 på Los Amigos-grunden (n = 5). Bemærk, at selvom vi installerede et ensartet antal kurve på hvert sted, i nogle indsamlingsperioder , var vores prøvestørrelse mindre på grund af oversvømmelser på stedet og menneskelig indblanding i opsamlerne. Alle skraldekurve er placeret inden for en meter fra vandopsamleren. Vi indsamlede bulkaffald som jordaffaldsprøver i tørsæsonen 2018, regnsæsonen 2018 og tørsæsonen 2019. I løbet af den tørre sæson i 2019 indsamlede vi også en stor mængde affald på tværs af alle vores Los Amigos-parceller. Vi nedkølede alle bladprøver, indtil de kunne fryses ved hjælp af en fryser, og blev derefter sendt til USA på is, og opbevares derefter frosset indtil forarbejdning.
Vi indsamlede jordprøver i tre eksemplarer (n = 3) fra alle fem lokaliteter (åben og overdækket) og Los Amigos-plotten i 2019-tørresæsonen under alle tre sæsonbegivenheder. Alle jordprøver blev indsamlet inden for en meter fra nedbørsopsamleren. indsamlede jordprøver som muldjord under affaldslaget (0-5 cm) ved hjælp af en jordprøvetager. Derudover indsamlede vi i tørsæsonen 2018 jordkerner på op til 45 cm dybe og opdelte dem i fem dybdesegmenter. Hos Laberinto kunne vi opsaml kun én jordprofil, fordi grundvandsspejlet er tæt på jordoverfladen. Vi indsamlede alle prøver ved hjælp af den rene hånd-snavsede hånd-protokol (EPA Method 1669). Vi nedkølede alle jordprøver, indtil de kunne fryses ved hjælp af en fryser, og blev derefter sendt på is til USA, og derefter opbevaret frosset indtil forarbejdning.
Brug tågereder ved daggry og skumringstid til at fange fugle på de køligste tidspunkter af dagen. I Los Amigos-reservatet placerede vi fem tågereder (1,8 × 2,4) ni steder. På Cocha Cashu Bio Station placerede vi 8 tom. 10 tågereder (12 x 3,2 m) på 19 steder.På begge steder samlede vi hver fugls første centrale halefjer, eller hvis ikke, den næstældste fjer.Vi opbevarer fjer i rene Ziploc-poser eller manila-kuverter med silikone.Vi indsamlede fotografiske registreringer og morfometriske målinger for at identificere arter ifølge Schulenberg65. Begge undersøgelser blev støttet af SERFOR og tilladelse fra Animal Research Council (IACUC). Ved sammenligning af fuglefjer Hg-koncentrationer undersøgte vi de arter, hvis fjer blev indsamlet på Los Amigos Conservation Concession og Cocha Cashu biologiske station (Myrmotherula axillaris, Phlegopsis nigromaculata, Pipra fasciicauda).
For at bestemme Leaf Area Index (LAI) blev lidar-data indsamlet ved hjælp af GatorEye Unmanned Aerial Laboratory, et sensorfusion ubemandet luftsystem (se www.gatoreye.org for detaljer, også tilgængeligt ved at bruge linket "2019 Peru Los Friends" June" ) 66.Lidaren blev indsamlet ved Los Amigos Conservation Conservation i juni 2019 med en højde på 80 m, en flyvehastighed på 12 m/s og en afstand på 100 m mellem tilstødende ruter, så dækningsgraden for lateral afvigelse nåede 75 %.Tætheden af ​​punkter fordelt over den lodrette skovprofil overstiger 200 punkter pr. kvadratmeter. Flyveområdet overlapper med alle prøveudtagningsområder i Los Amigos i tørsæsonen 2019.
Vi kvantificerede den totale Hg-koncentration af PAS-opsamlede GEM'er ved termisk desorption, fusion og atomabsorptionsspektroskopi (USEPA-metode 7473) ved hjælp af et Hydra C-instrument (Teledyne, CV-AAS). Vi kalibrerede CV-AAS ved hjælp af National Institute of Standards and Technology (NIST) Standard referencemateriale 3133 (Hg standardopløsning, 10,004 mg g-1) med en detektionsgrænse på 0,5 ng Hg. Vi udførte Continuous Calibration Verification (CCV) ved hjælp af NIST SRM 3133 og Quality Control Standards (QCS) ved hjælp af NIST 1632e (bituminøst kul, 135,1 mg g-1). Vi delte hver prøve i en anden båd, placerede den mellem to tynde lag natriumcarbonat (Na2CO3) pulver og dækkede den med et tyndt lag aluminiumhydroxid (Al(OH) 3) pulver67. Vi målte det totale HGR-AC-indhold i hver prøve for at fjerne enhver inhomogenitet i Hg-fordelingen i HGR-AC-sorbenten. Derfor beregnede vi kviksølvkoncentrationen for hver prøve baseret på summen af ​​det totale kviksølv målt vha. hvert fartøj oghele HGR-AC-sorbentindholdet i PAS. Da der kun blev indsamlet én PAS-prøve fra hvert sted til koncentrationsmålinger i tørsæsonen 2018, blev metodekvalitetskontrol og -sikring udført ved at gruppere prøver med overvågningsprocedureblindprøver, interne standarder og matrix -matchede kriterier.I regnsæsonen 2018 gentog vi målingerne af PAS-prøverne.Værdierne blev anset for acceptable, når den relative procentvise forskel (RPD) af CCV- og matrix-matchede standardmålinger begge var inden for 5 % af det acceptable værdi, og alle proceduremæssige blindprøver var under detektionsgrænsen (BDL). Vi blindkorrigerede total kviksølv målt i PAS ved hjælp af koncentrationer bestemt fra felt- og tripblindprøver (0,81 ± 0,18 ng g-1, n = 5). Vi beregnede GEM. koncentrationer ved hjælp af den blindprøvekorrigerede totale masse af adsorberet kviksølv divideret med udbredelsestid og prøvetagningshastighed (mængde luft til at fjerne gasformigt kviksølv pr. tidsenhed0,135 m3 dag-1)63,68, justeret for temperatur og vind fra World Weather Online Gennemsnitstemperatur- og vindmålinger opnået for Madre de Dios-regionen68. Standardfejlen rapporteret for de målte GEM-koncentrationer er baseret på fejlen i en ekstern standard køre før og efter prøven.
Vi analyserede vandprøver for totalt kviksølvindhold ved oxidation med bromchlorid i mindst 24 timer, efterfulgt af stannochloridreduktion og rense- og fældeanalyse, kolddamp-atomfluorescensspektroskopi (CVAFS) og gaskromatografi (GC) separation (EPA-metode) 1631 af Tekran 2600 Automatic Total Mercury Analyzer, Rev. E). Vi udførte CCV på prøverne i 2018 tørsæsonen ved hjælp af Ultra Scientific-certificerede vandige kviksølvstandarder (10 μg L-1) og indledende kalibreringsverifikation (ICV) ved hjælp af NIST-certificeret referencemateriale 1641D (kviksølv i vand, 1,557 mg kg-1) ) med en detektionsgrænse på 0,02 ng L-1. Til prøverne i vådsæsonen 2018 og 2019 tørsæsonen brugte vi Brooks Rand Instruments Total Mercury Standard (1,0 ng L−1) ) til kalibrering og CCV og SPEX Centriprep Inductively Coupled Plasma Mass Spectrometry (ICP-MS) multi-element til ICV opløsning standard 2 A med en detektionsgrænse på 0,5 ng L-1. Alle standarder gendannet inden for 15 % af acceptable værdier.d-blindprøver, fordøjelsesblindprøver og analytiske blindprøver er alle BDL'er.
Vi frysetørrede jord- og bladprøver i fem dage. Vi homogeniserede prøverne og analyserede dem for totalt kviksølv ved termisk nedbrydning, katalytisk reduktion, fusion, desorption og atomabsorptionsspektroskopi (EPA-metode 7473) på en Milestone Direct Mercury Analyzer (DMA). -80). For prøverne i den tørre sæson i 2018 udførte vi DMA-80-tests ved hjælp af NIST 1633c (flyveaske, 1005 ng g-1) og det canadiske National Research Councils certificerede referencemateriale MESS-3 (marint sediment, 91 ng g) -1).Kalibrering.Vi brugte NIST 1633c til CCV og MS og MESS-3 til QCS med en detektionsgrænse på 0,2 ng Hg. For prøverne i vådsæsonen 2018 og 2019 tørsæsonen kalibrerede vi DMA-80 ved hjælp af Brooks Rand Instruments Total Mercury Standard (1.0) ng L−1). Vi brugte NIST standard referencemateriale 2709a (San Joaquin jord, 1100 ng g-1) til CCV og MS og DORM-4 (fiskeprotein, 410 ng g-1) til QCS med en detektionsgrænse på 0,5 ng Hg. For alle årstider analyserede vi alle prøver i duplikat og accepterede værdier, når RPD mellem de to prøver var inden for 10%. Gennemsnitlig genfinding for alle standarder og matrixspidser var inden for 10% af acceptable værdier, og alle blindprøver var BDL. Alle rapporterede koncentrationer er tørvægt.
Vi analyserede methylkviksølv i vandprøver fra alle tre sæsonbestemte aktiviteter, bladprøver fra tørsæsonen 2018 og jordprøver fra alle tre sæsonbestemte aktiviteter. Vi udtog vandprøver med spor-grade svovlsyre i mindst 24 timer,69 fordøjede blade med 2 % kaliumhydroxid i methanol i mindst 48 timer ved 55°C i mindst 70 timer og fordøjet jord i mikroovn med spormetallisk HNO3-syre71,72.Vi analyserede prøverne fra 2018 tørsæsonen ved hjælp af vandethylering ved hjælp af natriumtetraethylborat, purge and trap og CVAFS på et Tekran 2500 spektrometer (EPA-metode 1630). Vi brugte Frontier Geosciences akkrediterede laboratorie MeHg-standarder og sediment QCS ved hjælp af ERM CCV 580 til kalibrering og kalibrering og en metodedetektionsgrænse på 0,2 ng L-1. Vi analyserede prøverne fra 2019 tørsæsonen ved hjælp af natriumtetraethylborat til vandethylering, udrensning og fælde, CVAFS, GC og ICP-MS på en Agilent 770 (EPA-metode 1630)73. Vi brugte Brooks Rand Instruments methylkviksølvstandarder (1 ng L−1) til kalibrering og CCV med en metodedetektionsgrænse på 1 pg. Alle standarder blev genvundet inden for 15 % af acceptable værdier for alle sæsoner, og alle blanke var BDL.
På vores Biodiversity Institute Toxicology Laboratory (Portland, Maine, USA) var metodedetektionsgrænsen 0,001 μg g-1. Vi kalibrerede DMA-80 ved hjælp af DOLT-5 (dogfish-lever, 0,44 μg g-1), CE-464 (5,24) μg g-1), og NIST 2710a (Montana jord, 9.888 μg g-1). Vi bruger DOLT-5 og CE-464 til CCV og QCS. Gennemsnitlige genindvindinger for alle standarder var inden for 5 % af acceptable værdier, og alle blanks var BDL. Alle replikater lå inden for 15 % RPD. Alle rapporterede fjer-total-kviksølvkoncentrationer er friskvægt (fw).
Vi bruger 0,45 μm membranfiltre til at filtrere vandprøver til yderligere kemisk analyse. Vi analyserede vandprøver for anioner (chlorid, nitrat, sulfat) og kationer (calcium, magnesium, kalium, natrium) ved ionkromatografi (EPA-metode 4110B) [USEPA, 2017a] ved hjælp af en Dionex ICS 2000 ionkromatograf. Alle standarder genvundet inden for 10 % af acceptable værdier og alle blindprøver var BDL. Vi bruger Thermofisher X-Series II til at analysere sporstoffer i vandprøver ved induktivt koblet plasmamassespektrometri. Instrument Kalibreringsstandarder blev udarbejdet ved seriel fortynding af certificeret vandstandard NIST 1643f. Alle blanktegn er BDL.
Alle fluxer og puljer rapporteret i teksten og figurerne bruger middelkoncentrationsværdier for tør- og regnsæsonen. Se supplerende tabel 1 for estimater af puljer og fluxer (gennemsnitlige årlige fluxer for begge sæsoner) ved brug af de minimale og maksimale målte koncentrationer i løbet af tørre og regnfulde sæsoner. Vi beregnede skovkviksølvflux fra Los Amigos Conservation Concession som summeret kviksølvinput gennem fald og strøelse. Vi beregnede Hg-fluxer fra skovrydning fra bulknedbør Hg-deposition.Ved brug af daglige nedbørsmålinger fra Los Amigos (indsamlet som en del af EBLA og tilgængelig fra ACCA på forespørgsel), beregnede vi den gennemsnitlige akkumulerede årlige nedbør over det seneste årti (2009-2018) til at være ca. 2500 mm år-1. Bemærk, at i 2018-kalenderåret er den årlige nedbør tæt på dette gennemsnit ( 2468 mm), mens de vådeste måneder (januar, februar og december) tegner sig for omkring halvdelen af ​​den årlige nedbør (1288 mm af 2468 mm).Vi bruger derfor gennemsnittet af våd- og tørsæsonkoncentrationer i alle flux- og poolberegninger. Dette giver os også mulighed for at overveje ikke kun forskellen i nedbør mellem våde og tørre årstider, men også forskellen i ASGM-aktivitetsniveauer mellem disse to sæsoner. litteraturværdier af rapporterede årlige kviksølvfluxer fra tropiske skove varierer mellem ekspanderende kviksølvkoncentrationer fra tørre og regnfulde sæsoner eller kun fra tørre sæsoner, når vi sammenligner vores beregnede fluxer med litteraturværdier, sammenligner vi direkte vores beregnede kviksølvfluxer, mens en anden undersøgelse tog prøver i både den tørre og våde sæson, og reestimerede vores fluxer ved kun at bruge kviksølvkoncentrationer i tørsæsonen, da en anden undersøgelse kun tog prøver i den tørre sæson (f.eks. 74).
For at bestemme det årlige samlede kviksølvindhold i hele nedbøren, bulk nedbør og affald i Los Amigos, brugte vi forskellen mellem den tørre sæson (gennemsnit af alle Los Amigos lokaliteter i 2018 og 2019) og regnsæsonen (gennemsnit af 2018) gennemsnitlig total kviksølvkoncentration.For de samlede kviksølvkoncentrationer på andre lokaliteter blev de gennemsnitlige koncentrationer mellem tørsæsonen 2018 og regnsæsonen 2018 brugt. For methylkviksølvbelastninger brugte vi data fra tørsæsonen 2018, det eneste år, hvor methylkviksølv blev målt. For at estimere affaldskviksølvstrømme brugte vi litteraturestimater af affaldsmængder og kviksølvkoncentrationer indsamlet fra blade i affaldskurve ved 417 g m-2 år-1 i den peruvianske Amazonas. For jordens Hg-pulje i de øverste 5 cm af jorden, vi brugte den målte samlede jord Hg (2018 og 2019 tørre sæsoner, 2018 regnsæson) og MeHg koncentrationer i 2018 tørre sæsonen, med en estimeret bulk massefylde på 1,25 g cm-3 i den brasilianske Amazon75. Vi kan kun p.udføre disse budgetberegninger på vores hovedundersøgelsessted, Los Amigos, hvor datasæt over langsigtede nedbørsmængder er tilgængelige, og hvor den komplette skovstruktur tillader brugen af ​​tidligere indsamlede affaldsestimater.
Vi behandler lidar flightlines ved hjælp af GatorEye multiscale postprocessing workflow, som automatisk beregner rene sammenflettede punktsky- og rasterprodukter, inklusive digitale elevationsmodeller (DEM'er) med en opløsning på 0,5 × 0,5 m. Vi brugte DEM og rensede lidar-punktskyer (WGS-84, UTM 19S Meters) som input til GatorEye Leaf Area Density (G-LAD) workflow, som beregner kalibrerede bladarealestimater for hver voxel (m3) (m2) på tværs af jorden i toppen af ​​baldakinen med en opløsning på 1 × 1 × 1 m, og den afledte LAI (summen af ​​LAD inden for hver 1 × 1 m lodret søjle). LAI-værdien for hvert plottet GPS-punkt udtrækkes derefter.
Vi udførte alle statistiske analyser ved hjælp af R version 3.6.1 statistisk software76 og alle visualiseringer ved hjælp af ggplot2. Vi udførte statistiske test ved hjælp af en alfa på 0,05. Forholdet mellem to kvantitative variable blev vurderet ved hjælp af almindelig mindste kvadraters regression. Vi udførte sammenligninger mellem steder ved hjælp af ikke-parametrisk Kruskal-test og parvis Wilcox-test.
Alle data inkluderet i dette manuskript kan findes i de supplerende oplysninger og tilhørende datafiler. Conservación Amazónica (ACCA) leverer nedbørsdata efter anmodning.
Natural Resources Defense Council.Artisanal Gold: Opportunities for Responsible Investment – ​​Summary.Investing in Artisanal Gold Summary v8 https://www.nrdc.org/sites/default/files/investing-artisanal-gold-summary.pdf (2016).
Asner, GP & Tupayachi, R. Accelereret tab af beskyttede skove på grund af guldminedrift i det peruvianske Amazon.environment.reservoir.Wright.12, 9 (2017).
Espejo, JC et al. Skovrydning og skovnedbrydning fra guldminedrift i den peruvianske Amazonas: a 34-year outlook.Remote Sensing 10, 1-17 (2018).
Gerson, Jr. et al. Udvidelsen af ​​kunstige søer forværrer kviksølvforurening fra guldminedrift.videnskab.Advanced.6, eabd4953 (2020).
Dethier, EN, Sartain, SL & Lutz, DA Forhøjede vandstande og sæsonbestemte inversioner af flodsuspenderede sedimenter i tropiske biodiversitetshotspots på grund af håndværksmæssig guldminedrift.Process.National Academy of Sciences.science.US 116, 23936–23941 (2019).
Abe, CA et al. Modellering af virkningerne af landdækningsændringer på sedimentkoncentrationer i guldminebassinet.register.environment.often.19, 1801–1813 (2019).