Methylation of mercury in a terrestrial environment /

"ROAP no. 21BKN, program element no. 1AA006."

Seasonal behavior of mercury species in waters and sediments from the Negro River Basin, Amazon, Brazil

Total (HgT), reactive (HgR) and organic (Hg ORG) mercury species have been quantified in non-filtered waters collected from the Negro River Basin, Amazon (from January/2002 through January/2004), in both black and white water bodies. Black waters presented the highest HgT, HgORG and HgR concentration (29.1 ng L-1, 1.63 ng L-1 and 3.9 ng L-1, respectively), while, white waters presented the lowest HgT, Hg ORG and HgR concentration (8.8 ng L-1, 0.49 ng L-1 and 1.2 ng L-1, respectively). An inverse correlation between HgT and the water level over the basin was obtained, although the HgORG concentration has increased in the first rainy months and then decreased as the water level rose. Total mercury in surface sediments (0-10 cm) ranged from 70 to 271 mg kg-1 being the methylmercury 0.47-1.79 % of this stock. The results indicate that HgR and the labile dissolved organic matter were introduced into the aquatic environment during the flooding season, especially in the earlier stages, thus contributing to mercury methylation. ©2007 Sociedade Brasileira de Química.

Relation entre les espèces de mercure, le sélénium et les thiols dans les eaux de surface du parc national du Mont-Tremblant (Laurentides, Québec)

Les thiols et le sélénium peuvent jouer un rôle important dans la méthylation du mercure des environnements aquatiques. Pour démontrer la présence des thiols et du sélénium et leur relation avec le mercure dans certains écosystèmes d'eau douce québécois, une campagne d’échantillonnage fut réalisée durant l’été 2010, dans le parc national du Mont-Tremblant (Laurentides, Québec). Il existe une corrélation significative entre le sélénium et le mercure total dans l’eau des lacs du parc. Cependant, les concentrations de sélénium sont très faibles dans les lacs, les étangs de castor et les ruisseaux. Par ailleurs, les lacs du parc national du Mont-Tremblant ont des concentrations relativement élevées de méthylmercure avec une moyenne de 0,33 ng L-1 et des maximums allant jusqu’à 3,29 ng L-1. Les étangs de castor peuvent aussi être considérés comme des lieux de contamination au méthylmercure, avec une concentration moyenne de 0,95 ng L-1. Toutefois, la présence d’une colonie de castors sur le bassin versant d’un lac ne semble pas influencer les concentrations de mercure que l’on y retrouve. Deux thiols sont détectables dans l’eau de surface des Laurentides, soit le glutathion et l’acide thioglycolique. La concentration de ce dernier thiol est corrélée significativement avec celle du mercure total et du méthylmercure. Les thiols peuvent jouer un rôle important dans les processus de méthylation en favorisant le transport du mercure inorganique à l’intérieur des bactéries sulfato-réductrices. Afin de mieux comprendre l’action antagoniste entre le sélénium et le mercure, des études devraient être réalisées au niveau des tissus des organismes vivants dans ces zones pauvres en sélénium.

Metilação de mercúrio em águas da região amazônica na presença e ausência de macrófitas: experimentos em microcosmos

Pós-graduação em Química - IQ

Untersuchungen zur mikrobiellen Methylquecksilberbildung in Termiten und im Faulschlamm

Im Rahmen dieser Arbeit wurde erstmalig eine in vivo Methylierung von Quecksilber in Insekten nachgewiesen. Des Weiteren wurde die Kinetik der Quecksilbermethylierung im Faulschlamm untersucht und eine Identifizierung der für die Methylierung verantwortlichen Bakteriengruppe durchgeführt. Die Methylquecksilberbestimmung erfolgte mittels Purge&Trap Gaschromatographie-Atomfluoreszenzspektrometrie nach einer sauren Phasenextraktion. Zur Untersuchung einer in vivo Methylquecksilberbildung in Insekten wurde die australischen Termite Mastotermes darwiniensis als Modellorganismus verwandt. Den Tieren wurde über einen Zeitraum von vierzehn Tagen Quecksilber(II)chlorid in unterschiedlichen Konzentrationen mit der Nahrung zugeführt und anschließend die Methylquecksilberkonzentration in den Termiten bestimmt. Mit zunehmender Quecksilberkonzentration in der Nahrung (0 µg bis 150 µg Hg2+/g) stieg die Methylquecksilberkonzentration von ca. 5 ng auf 53,8 ng pro g Termite Trockengewicht. Bei höheren Quecksilberkonzentrationen in der Nahrung wurde kein weiterer Anstieg in der Methylquecksilberkonzentration in den Termiten festgestellt. Die Untersuchung der Methylquecksilberbildung im Faulschlamm des Klärwerks Mainz-Mombach zeigte, dass die Methylquecksilberkonzentration zu Beginn der Inkubationsphase rasch anstieg und mit zunehmender Inkubationsdauer eine Sätti-gung erreichte. Nach 164 Stunden waren insgesamt 2,6 % des eingesetzten Quecksilbers zu Methylquecksilber umgesetzt. Anhand von Hemmstoffversuchen wurden Sulfat-reduzierende Bakterien als hauptverantwortliche Organismengruppe für die Quecksilbermethylierung identifiziert.

Untersuchungen zur biotischen Bildung von Methylquecksilber aus anorganischem Quecksilber durch intestinale Sulfat-reduzierende Bakterien und die Bestimmung alkylierter Quecksilberverbindungen mittels GC-ICP-MS und Isotopenverdünnungsanalyse

Alkylierte Quecksilberspezies sind hundertfach toxischer als anorganisches Quecksilber (Hg) und werden in der Nahrungskette mit zunehmender Trophieebene im Gewebe von Tieren und dem Menschen akkumuliert. Aufgrund der Relevanz für die Umwelt und den Effekt auf die menschliche Gesundheit kommt der biotischen Transformation von anorganischem Hg zu Monomethylquecksilber (MeHg) eine große Bedeutung zu. Es ist bekannt, dass Sulfat-reduzierende Bakterien zu den Hauptproduzenten von MeHg gehören. Darüber hinaus gibt es jedoch nur wenige Untersuchungen über die biologischen Mechanismen und die Zusammenhänge in terrestrischen und insbesondere in intestinalen Systemen. Die vorliegende Arbeit leistet daher einen wichtigen Beitrag zur Abschätzung des Potentials zur Hg-Methylierung durch intestinale Bakterien und vertieft die Kenntnisse zu der damit verbundenen Akkumulation der organischen Schwermetallverbindung im Gewebe des Kompostwurms Eisenia foetida (E. foetida). rnIm Rahmen dieser Arbeit wurde erstmals unter Anwendung der Gas Chromatographie mit induktiv gekoppelter Massenspektrometrie (GC-ICP-MS) und Isotopenverdünnungsanalyse verschiedene Kulturen intestinaler Sulfat-reduzierender Bakterien auf die Bildung von organischem Monomethylquecksilber aus Hg(II) untersucht. Da in komplexen bakteriellen Nährlösungen mit hohem Sulfidgehalt Matrixeffekte auftreten und die Analyse von MeHg im Ultraspurenbereich erschweren können, erfolgte die Probenvorbereitung mittels der Methanol-Kaliumhydroxid-Extraktion unter Verwendung eines Maskierungsreagenzes und der Derivatisierung mit Natriumtetrapropylborat. Das Detektionslimit für MeHg in bakteriellen Nährlösungen betrug 0,03 ng/mL. Die Wiederfindung von zertifiziertem Referenzmaterial ERM® CE-464 Tuna Fish war sehr gut und lag in einem Bereich zwischen 98 – 105%. rnDie Resultate der Untersuchung von 14 verschiedenen Rein- und Anreicherungskulturen Sulfat-reduzierender Bakterien zeigten, dass neun Kulturen innerhalb von 12 h nach einer Inkubation mit 0,1 mg/L Hg2+ im Durchschnitt 100 bis 1200 pg/mL MeHg produzierten. Darunter waren zwei Desulfovibrio sp. Stämme, die Spezies Desulfovibrio piger, Desulfovibrio giganteus, Desulfovibrio termitidis, Desulfotomaculum ruminis, Desulfobulbus propionicus sowie Anreicherungskulturen aus dem Intestinaltrakt einer Zygoptera-Larve Zy1 und E. foetida EF4. Die Fähigkeit zur Hg-Methylierung durch eine Spezies der Ordnung Desulfotomaculum aus der Gruppe der Gram-positiven Firmicutes wurde hiermit erstmals beobachtet.rnWeiterhin wurde gezeigt, dass im Intestinaltrakt von E. foetida im Gegensatz zu mikrobiellen Bodenproben eine signifikante biotische Methylierung von Hg(II) durchgeführt wird. Dass diese Transformationen in hohem Maße von der intestinalen Region ausgeht und somit zur Akkumulation von MeHg im Gewebe beiträgt, konnte durch weiterführende Experimente mittels Laserablations-ICP-MS an histologischen Gefrierschnitten des Invertebraten darge-stellt werden. rn

The polychaete worm Nereis diversicolor increases mercury lability and methylation in intertidal mudflats

The polychaete worm Nereis diversicolor engineers its environment by creating oxygenated burrows in anoxic intertidal sediments. The authors carried out a laboratory microcosm experiment to test the impact of polychaete burrowing and feeding activity on the lability and methylation of mercury in sediments from the Bay of Fundy, Canada. The concentration of labile inorganic mercury and methylmercury in burrow walls was elevated compared to worm-free sediments. Mucus secretions and organic detritus in worm burrows increased labile mercury concentrations. Worms decreased sulfide concentrations, which increased Hg bioavailability to sulfate-reducing bacteria and increased methylmercury concentrations in burrow linings. Because the walls of polychaete burrows have a greater interaction with organisms, and the overlying water, the concentrations of mercury and methylmercury they contain is more toxicologically relevant to the base of a coastal food web than bulk samples. The authors recommend that researchers examining Hg in marine environments account for sediment dwelling invertebrate activity to more fully assess mercury bioavailability.

Microbial community composition and mercury cycling in sediments of tagus estuary

Tese de doutoramento, Farmácia (Toxicologia), Universidade de Lisboa, Faculdade de Farmácia, 2016

Effects of coastal managed retreat on mercury biogeochemistry

We investigated the impact of managed retreat on mercury (Hg) biogeochemistry at a site subject to diffuse contamination with Hg. We collected sediment cores from an area of land behind a dyke one year before and one year after it was intentionally breached. These sediments were compared to those of an adjacent mudflat and a salt marsh. The concentration of total mercury (THg) in the sediment doubled after the dyke was breached due to the deposition of fresh sediment that had a smaller particle size, and higher pH. The concentration of methylmercury (MeHg) was 27% lower in the sediments after the dyke was breached. We conclude that coastal flooding during managed retreat of coastal flood defences at this site has not increased the risk of Hg methylation or bioavailability during the first year. As the sediment becomes vegetated, increased activity of Hg-methylating bacteria may accelerate Hg-methylation rate.

Major Aspects of the Mercury Cycle in the Negro River Basin, Amazon

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)

Mercury species concentrations near Casey station, Antarctica and along the SR3 CASO-GEOTRACES transect

We present here the first mercury speciation study in the water column of the Southern Ocean, using a high-resolution south-to-north section (27 stations from 65.50°S to 44.00°S) with up to 15 depths (0-4440 m) between Antarctica and Tasmania (Australia) along the 140°E meridian. In addition, in order to explore the role of sea ice in Hg cycling, a study of mercury speciation in the 'snow-sea ice-seawater' continuum was conducted at a coastal site, near the Australian Casey station (66.40°S; 101.14°E). In the open ocean waters, total Hg (Hg(T)) concentrations varied from 0.63 to 2.76 pmol/L with 'transient-type' vertical profiles and a latitudinal distribution suggesting an atmospheric mercury source south of the Southern Polar Front (SPF) and a surface removal north of the Subantartic Front (SAF). Slightly higher mean Hg(T) concentrations (1.35 ± 0.39 pmol/L) were measured in Antarctic Bottom Water (AABW) compared to Antarctic Intermediate water (AAIW) (1.15 ± 0.22 pmol/L). Labile Hg (Hg(R)) concentrations varied from 0.01 to 2.28 pmol/L, with a distribution showing that the Hg(T) enrichment south of the SPF consisted mainly of Hg(R) (67 ± 23%), whereas, in contrast, the percentage was half that in surface waters north of PFZ (33 ± 23%). Methylated mercury species (MeHg(T)) concentrations ranged from 0.02 to 0.86 pmol/L. All vertical MeHg(T) profiles exhibited roughly the same pattern, with low concentrations observed in the surface layer and increasing concentrations with depth up to an intermediate depth maximum. As for Hg(T), low mean MeHg(T) concentrations were associated with AAIW, and higher ones with AABW. The maximum of MeHg(T) concentration at each station was systematically observed within the oxygen minimum zone, with a statistically significant MeHg(T) vs Apparent Oxygen Utilization (AOU) relationship (p <0.001). The proportion of Hg(T) as methylated species was lower than 5% in the surface waters, around 50% in deep waters below 1000 m, reaching a maximum of 78% south of the SPF. At Casey coastal station Hg(T) and Hg(R) concentrations found in the 'snow-sea ice-seawater' continuum were one order of magnitude higher than those measured in open ocean waters. The distribution of Hg(T) there suggests an atmospheric Hg deposition with snow and a fractionation process during sea ice formation, which excludes Hg from the ice with a parallel Hg enrichment of brine, probably concurring with the Hg enrichment of AABW observed in the open ocean waters. Contrastingly, MeHg(T) concentrations in the sea ice environment were in the same range as in the open ocean waters, remaining below 0.45 pmol/L. The MeHg(T) vertical profile through the continuum suggests different sources, including atmosphere, seawater and methylation in basal ice. Whereas Hg(T) concentrations in the water samples collected between the Antarctic continent and Tasmania are comparable to recent measurements made in the other parts of the World Ocean (e.g., Soerensen et al., 2010; doi:10.1021/es903839n), the Hg species distribution suggests distinct features in the Southern Ocean Hg cycle: (i) a net atmospheric Hg deposition on surface water near the ice edge, (ii) the Hg enrichment in brine during sea ice formation, and (iii) a net methylation of Hg south of the SPF.

Probabilistic assessment of risk from the exposure to mercury in artisanal gold mining communities in Colombia

Colombia is one the largest per capita mercury polluters as a consequence of its artisanal gold mining operations, which are steadily increasing following the rising price of this metal. Compared to gravimetric separation methods and cyanidation, the concentration of gold using Hg amalgams presents several advantages: the process is less time-consuming and minimizes gold losses, and Hg is easily transported and inexpensive relative to the selling price of gold. Very often, mercury amalgamation is carried out on site by unprotected workers. During this operation large amounts of mercury are discharged to the environment and eventually reach the fresh water bodies in the vicinity where it is subjected to methylation. Additionally, as gold is released from the amalgam by heating on open charcoal furnaces in small workshops, mercury vapors are emitted and inhaled by the artisanal smelters and the general population