Takk for at du besøker Nature.com. Nettleserversjonen du bruker har begrenset støtte for CSS. For den beste opplevelsen anbefaler vi at du bruker en oppdatert nettleser (eller slår av kompatibilitetsmodus i Internet Explorer). I mellomtiden, for å sikre fortsatt støtte, vil vi vise nettstedet uten stiler og JavaScript.
Kvikksølvutslipp fra håndverks- og småskala gullgruvedrift over den sørlige halvkule overgår kullforbrenning som verdens største kilde til kvikksølv. Vi undersøker kvikksølvavsetning og -lagring i den peruanske Amazonas, sterkt påvirket av håndverksutvinning av gull. Intakte skoger i den peruanske Amazonas nær gullgruver mottok ekstremt høye kvikksølvtilførsler, med forhøyet total- og metylkvikksølv i atmosfæren, baldakinblader og jord. Her viser vi for første gang at intakte skogtak nær håndverksmessige gullgruver fanger opp store mengder partikkelformig og gassformig kvikksølv med proporsjonale hastigheter til totalt bladareal. Vi dokumenterer betydelig kvikksølvakkumulering i jord, biomasse og fastboende sangfugler i noen av de mest beskyttede og biodiversitetsrike regionene i Amazonas, og reiser viktige spørsmål om hvordan kvikksølvforurensning begrenser moderne og fremtidig bevaringsarbeid i disse spørsmålene om tropiske økosystemer .
En økende utfordring for tropiske skogøkosystemer er håndverks- og småskala gullgruvedrift (ASGM). Denne formen for gullgruvedrift forekommer i mer enn 70 land, ofte uformelt eller ulovlig, og står for omtrent 20 % av verdens gullproduksjon1.Mens ASGM er et viktig levebrød for lokalsamfunn, det resulterer i utbredt avskoging2,3, omfattende konvertering av skog til dammer4, høyt sedimentinnhold i nærliggende elver5,6, og er en viktig bidragsyter til den globale atmosfæren Frigjøring av kvikksølv (Hg) utslipp og største kilder til ferskvannskvikksølv 7. Mange forsterkede ASGM-lokaliteter er lokalisert i globale biodiversitets-hotspots, noe som resulterer i tap av mangfold8, tap av sensitive arter9 og menneskelige10,11,12 og apex-rovdyr13, 14 høy eksponering for kvikksølv. Anslagsvis 675–1000 tonn Hg yr-1 fordampes og slippes ut i den globale atmosfæren fra ASGM-operasjoner årlig7. Bruken av store mengder kvikksølv ved håndverks- og småskala gullgruvedrift har endret store kilderav atmosfæriske kvikksølvutslipp fra det globale nord til det globale sør, med implikasjoner for kvikksølvs skjebne, transport og eksponeringsmønstre. Det er imidlertid lite kjent om skjebnen til disse atmosfæriske kvikksølvutslippene og deres avsetnings- og akkumuleringsmønstre i ASGM-påvirkede landskap.
Den internasjonale Minamata-konvensjonen om kvikksølv trådte i kraft i 2017, og artikkel 7 tar spesifikt for seg kvikksølvutslipp fra håndverks- og småskala gullgruvedrift. I ASGM tilsettes flytende elementært kvikksølv til sedimenter eller malm for å skille gull. Amalgamet varmes deretter opp, konsentrere gullet og frigjøre gassformig elementært kvikksølv (GEM; Hg0) i atmosfæren. Dette til tross for innsats fra grupper som FNs miljøprogram (UNEP) Global Mercury Partnership, FNs organisasjon for industriutvikling (UNIDO) og frivillige organisasjoner for å oppmuntre gruvearbeidere for å redusere kvikksølvutslipp. Når dette skrives i 2021, har 132 land, inkludert Peru, signert Minamata-konvensjonen og har begynt å utvikle nasjonale handlingsplaner for å spesifikt adressere ASGM-relaterte kvikksølvutslippsreduksjoner. Akademikere har bedt om at disse nasjonale handlingsplanene skal være inkluderende, bærekraftig og helhetlig, og ta hensyn til sosioøkonomiske drivere og miljøfarer15,16,17,18.Gjeldende planer for å håndtere konsekvensene av kvikksølv i miljøet fokuserer på kvikksølvrisiko forbundet med håndverks- og småskala gullgruvedrift nær akvatiske økosystemer, som involverer gruvearbeidere og mennesker som bor i nærheten av amalgambrenning, og samfunn som konsumerer store mengder rovfisk. Yrkesmessig eksponering av kvikksølv gjennom innånding av kvikksølvdamp fra forbrenning av amalgam, kvikksølveksponering i kosten gjennom inntak av fisk, og bioakkumulering av kvikksølv i akvatiske næringsnett har vært fokus for det meste av ASGM-relatert vitenskapelig forskning, inkludert i Amazonas.Tidligere studier (se f.eks. Lodenius og Malm19).
Terrestriske økosystemer er også utsatt for kvikksølveksponering fra ASGM. Atmosfærisk Hg frigjort fra ASGM som GEM kan returnere til det terrestriske landskapet gjennom tre hovedruter20 (Fig. 1): GEM kan adsorberes til partikler i atmosfæren, som deretter fanges opp av overflater;GEM kan absorberes direkte av planter og innlemmes i deres vev;endelig kan GEM oksideres til Hg(II)-arter, som kan avsettes i tørr tilstand, adsorberes i atmosfæriske partikler eller trekkes inn i regnvann. Disse banene tilfører kvikksølv til jord gjennom fallvann (dvs. nedbør over trekronen), søppel og henholdsvis nedbør.Vått avsetning kan bestemmes av kvikksølvflukser i sediment samlet i åpne områder.Tørravsetning kan bestemmes som summen av kvikksølvfluksen i søppel og kvikksølvfluksen i høst minus kvikksølvfluksen i nedbør.En rekke studier har dokumentert anrikning av kvikksølv i terrestriske og akvatiske økosystemer i umiddelbar nærhet til ASGM-aktivitet (se for eksempel oppsummeringstabellen i Gerson et al. 22), sannsynligvis som et resultat av både sedimentært kvikksølvtilførsel og direkte kvikksølvutslipp. kvikksølvavsetning nær ASGM kan skyldes forbrenning av kvikksølv-gull amalgam, det er uklart hvordan dette Hg transporteres i det regionale landskapet og den relative betydningen av ulike avsetningeralle stier nær ASGM.
Kvikksølv som slippes ut som gassformig elementært kvikksølv (GEM; Hg0) kan avsettes i landskapet gjennom tre atmosfæriske veier. For det første kan GEM oksideres til ionisk Hg (Hg2+), som kan trekkes inn i vanndråper og avsettes på bladoverflater som våte eller tørre avleiringer. For det andre kan GEM adsorbere atmosfærisk partikkelmateriale (Hgp), som fanges opp av løvverk og skylles inn i landskapet gjennom fossefall sammen med det oppfangede ioniske Hg. For det tredje kan GEM absorberes i bladvev, mens Hg avsettes i landskap som søppel.Sammen med fallende vann og søppel regnes som et estimat for total kvikksølvavsetning.Selv om GEM også kan diffundere og adsorbere direkte til jord og søppel77, er dette kanskje ikke den primære ruten for kvikksølv inn i terrestriske økosystemer.
Vi forventer at konsentrasjoner av kvikksølv i gassform vil avta med avstanden fra kilder til kvikksølvutslipp. Siden to av de tre veiene for kvikksølvavsetning til landskap (gjennom fall og forsøpling) er avhengig av kvikksølvinteraksjoner med planteoverflater, kan vi også forutsi hastigheten som kvikksølv er avsatt i økosystemer og hvor alvorlig det er for dyr. Risikoen for påvirkning bestemmes av vegetasjonsstrukturen, som vist av observasjoner i boreale og tempererte skoger på nordlige breddegrader23. Vi erkjenner imidlertid også at ASGM-aktivitet ofte forekommer i tropene, hvor baldakinstrukturen og relativ overflod av eksponert bladareal varierer mye. Den relative betydningen av kvikksølvavsetningsveier i disse økosystemene har ikke blitt klart kvantifisert, spesielt for skoger nær kvikksølvutslippskilder, hvis intensitet sjelden observeres i boreale skoger. Derfor, i denne studere, stiller vi følgende spørsmål: (1) Hvordan kan gassformige elementært kvikksølvkonsentrasjoner ogavsetningsveier varierer med nærheten til ASGM og bladarealindeksen til den regionale baldakinen?(2) Er kvikksølvlagring i jord relatert til atmosfæriske tilførsler?(3) Er det bevis på forhøyet kvikksølvbioakkumulering i skoglevende sangfugler nær ASGM? Denne studien er den første som undersøkte kvikksølvavsetninger nær ASGM-aktivitet og hvordan baldakindeksel korrelerer med disse mønstrene, og den første som målte konsentrasjoner av metylkvikksølv (MeHg) i det peruanske Amazonas-landskapet. Vi målte GEM i atmosfæren, og total nedbør, penetrasjon, total kvikksølv og metylkvikksølv i blader, søppel og jord i skog og avskogede habitater langs en 200 kilometer lang strekning av elven Madre de Dios i det sørøstlige Peru. Vi antok at nærhet til ASGM og gruvebyer som brenner Hg-gull amalgam ville være den viktigste faktorer som driver atmosfæriske Hg-konsentrasjoner (GEM) og våt Hg-avsetning (høy nedbør). Siden tørr kvikksølvavsetning (penetrasjon + søppel) er relatert til tr.ee baldakinstruktur,21,24 vi forventer også at skogkledde områder vil ha høyere kvikksølvtilførsel enn tilstøtende avskogede områder, noe som, gitt den høye bladarealindeksen og kvikksølvfangstpotensialet, Ett punkt er spesielt bekymringsfullt. Intakt Amazonskog. Vi antok videre at faunaen bosatt i skoger nær gruvebyer hadde høyere kvikksølvnivåer enn fauna som bodde langt fra gruveområder.
Våre undersøkelser fant sted i provinsen Madre de Dios i den sørøstlige peruanske Amazonas, hvor mer enn 100 000 hektar skog er blitt avskoget for å danne alluvial ASGM3 ved siden av, og noen ganger innenfor, beskyttede landområder og nasjonale reservater. Håndverks- og småskala gull gruvedrift langs elver i denne vestlige Amazonas-regionen har økt dramatisk i løpet av det siste tiåret25 og forventes å øke med høye gullpriser og økt tilkobling til urbane sentre via transoceaniske motorveier. Aktivitetene vil fortsette 3. Vi valgte to steder uten gruvedrift (Boca Manu og Chilive , henholdsvis ca. 100 og 50 km fra ASGM) – heretter referert til som «fjernanlegg» – og tre lokaliteter innenfor gruveområdet – heretter omtalt som gruvested for «fjernplasser» (fig. 2A). To av gruvedriften nettsteder ligger i sekundærskog nær byene Boca Colorado og La Bellinto, og ett gruveområde ligger i en intakt gammel skog ved Los Amigos Conservation Konsesjon. Merk at ved gruvene Boca Colorado og Laberinto i gruven forekommer kvikksølvdamp som frigjøres fra forbrenning av kvikksølv-gull amalgam ofte, men den nøyaktige plasseringen og mengden er ukjent, da disse aktivitetene ofte er uformelle og hemmelige;vi vil kombinere gruvedrift og kvikksølv Forbrenning av legeringer blir samlet referert til som "ASGM-aktivitet". På hvert sted installerte vi sedimentprøvetakere i både den tørre og regntiden i lysninger (områder med avskoging helt uten treplanter) og under trekroner (skog). områder) for totalt tre sesongmessige hendelser (hver varte 1- 2 måneder) ) Våtdeponering og penetrasjonsfall ble samlet inn separat, og passive luftprøvetakere ble utplassert i det åpne rommet for å samle GEM. Året etter, basert på den høye avsetningen priser målt det første året, installerte vi samlere på seks ekstra skogstomter i Los Amigos.
Kartene over de fem prøvepunktene er vist som gule sirkler. To lokaliteter (Boca Manu, Chilive) ligger i områder langt unna håndverksutvinning av gull, og tre steder (Los Amigos, Boca Colorado og Laberinto) ligger i områder som er berørt av gruvedrift. , med gruvebyer vist som blå trekanter. Illustrasjonen viser et typisk avsidesliggende skogkledd og avskoget område som er påvirket av gruvedrift. I alle figurer representerer den stiplede linjen skillelinjen mellom de to avsidesliggende stedene (til venstre) og de tre gruveberørte stedene ( høyre).B Konsentrasjoner av gassformig elementært kvikksølv (GEM) på hvert sted i tørrsesongen 2018 (n = 1 uavhengig prøve per sted; kvadratiske symboler) og våtsesong (n = 2 uavhengige prøver; kvadratiske symboler) sesonger.C Totale kvikksølvkonsentrasjoner i nedbør samlet i områder med skog (grønn boksplott) og avskoging (brun boksplot) i løpet av den tørre sesongen 2018. For alle boksplott representerer linjer medianer, bokser viser Q1 og Q3, værhår representerer 1,5 ganger interkvartilområdet (n =5 uavhengige prøver per skoglokalitet, n = 4 uavhengige prøver per avskogingslokalitetsprøve).D Totale kvikksølvkonsentrasjoner i blader samlet fra baldakinen til Ficus insipida og Inga feuillei i tørkesesongen i 2018 (venstre akse;mørkegrønne firkantede og lysegrønne trekantsymboler, henholdsvis) og fra massestrø på bakken (høyre akse; olivengrønne sirkelsymboler). Verdiene vises som gjennomsnitt og standardavvik (n = 3 uavhengige prøver per sted for levende blader, n = 1 uavhengig prøve for forsøpling).E Totale kvikksølvkonsentrasjoner i matjord (øverste 0-5 cm) samlet inn i skog (grønn boxplot) og avskoging (brun boxplot) områder i tørkesesongen 2018 (n = 3 uavhengige prøver per lokalitet ).Data for andre årstider er vist i figur 1.S1 og S2.
Atmosfæriske kvikksølvkonsentrasjoner (GEM) var i tråd med våre spådommer, med høye verdier rundt ASGM-aktivitet – spesielt rundt byer som brenner Hg-gull amalgam – og lave verdier i områder langt fra aktive gruveområder (fig. 2B). avsidesliggende områder er GEM-konsentrasjoner under den globale gjennomsnittlige bakgrunnskonsentrasjonen på den sørlige halvkule på omtrent 1 ng m-326. I motsetning til dette var GEM-konsentrasjonene i alle tre gruvene 2-14 ganger høyere enn i fjerntliggende gruver, og konsentrasjonene i nærliggende gruver ( opptil 10,9 ng m-3) var sammenlignbare med de i urbane og urbane områder, og noen ganger overskredet de i USA, industrisoner i Kina og Korea 27. Dette GEM-mønsteret i Madre de Dios stemmer overens med kvikksølv-gull amalgambrenning som hovedkilden til forhøyet atmosfærisk kvikksølv i denne avsidesliggende Amazonas-regionen.
Mens GEM-konsentrasjoner i lysninger sporet nærhet til gruvedrift, var totale kvikksølvkonsentrasjoner i penetrerende fossefall avhengig av nærhet til gruvedrift og skogkronestruktur. Denne modellen antyder at GEM-konsentrasjoner alene ikke forutsier hvor høyt kvikksølv vil bli avsatt i landskapet. Vi målte den høyeste kvikksølvkonsentrasjoner i intakte modne skoger innenfor gruveområdet (Fig. 2C). Los Amigos Conservation Conservation hadde de høyeste gjennomsnittlige konsentrasjonene av totalt kvikksølv i den tørre årstiden (område: 18-61 ng L-1) rapportert i litteraturen og var sammenlignbare til nivåer målt på steder forurenset av sinobergruvedrift og industriell kullforbrenning.Difference, 28 i Guizhou, Kina. Så vidt vi vet representerer disse verdiene den maksimale årlige gjennomstrømningen av kvikksølv beregnet ved bruk av kvikksølvkonsentrasjoner og nedbørshastigheter i tørr og våt sesong (71 µg m-2 år-1; tilleggstabell 1). De to andre gruveplassene hadde ikke forhøyede nivåer av totalt kvikksølv sammenlignet med de avsidesliggende stedene (område: 8-31 ng L-1; 22-34 µg m-2 år-1). Med unntak av Hg er det kun aluminium og mangan hadde forhøyet gjennomstrømning i gruveområdet, sannsynligvis på grunn av gruve-relatert landrydding;alle andre målte hoved- og sporelementer varierte ikke mellom gruvedrift og fjerntliggende områder (Supplerende datafil 1 ), et funn i samsvar med bladkvikksølvdynamikk 29 og ASGM amalgamforbrenning, snarere enn svevestøv, som hovedkilden til kvikksølv i det penetrerende fallet .
I tillegg til å tjene som adsorbenter for partikkelformig og gassformig kvikksølv, kan planteblader direkte absorbere og integrere GEM i vev30,31. Faktisk, på steder nær ASGM-aktivitet er søppel en viktig kilde til kvikksølvavsetning. Gjennomsnittlige konsentrasjoner av Hg (0,080) –0,22 µg g−1) målt i levende baldakinblader fra alle de tre gruvestedene overskred de publiserte verdiene for tempererte, boreale og alpine skoger i Nord-Amerika, Europa og Asia, samt andre Amazonas-skoger i Sør-Amerika, lokalisert i Sør-Amerika.Fjerntliggende områder og nærpunktkilder 32, 33, 34. Konsentrasjonene er sammenlignbare med de som er rapportert for bladkvikksølv i subtropiske blandingsskoger i Kina og atlantiske skoger i Brasil (Fig. 2D)32,33,34. Etter GEM-modellen er den høyeste totale kvikksølvkonsentrasjoner i bulkstrø og baldakinblader ble målt i sekundære skoger innenfor gruveområdet. De estimerte kvikksølvfluksene var imidlertid høyest i intakt primærskog ved Los Amigos-gruven, sannsynligvis på grunn av den større avfallsmassen. Vi multipliserte tidligere rapportert peruansk Amazonas 35 av Hg målt i kullet (gjennomsnitt mellom våte og tørre årstider) (Fig. 3A). Dette innspillet antyder at nærhet til gruveområder og trekronedekning er betydelige bidragsytere til kvikksølvbelastningene i ASGM i denne regionen.
Data er vist i A skog og B avskogingsområde. De avskogede områdene i Los Amigos er feltstasjonsrydninger som utgjør en liten del av det totale landet. Flukser er vist med piler og uttrykt som µg m-2 år-1. topp 0-5 cm jord, bassengene er vist som sirkler og uttrykt i μg m-2. Prosent representerer prosentandelen kvikksølv som er tilstede i bassenget eller fluks i form av metylkvikksølv. Gjennomsnittlig konsentrasjon mellom tørre årstider (2018 og 2019) og regntider (2018) for totalt kvikksølv gjennom nedbør, bulknedbør og forsøpling, for oppskalering av kvikksølvbelastninger. Metylkvikksølvdata er basert på tørkesesongen 2018, det eneste året det ble målt for. Se "Metoder" for informasjon om sammenslåing og fluksberegninger.C Sammenheng mellom total kvikksølvkonsentrasjon og bladarealindeks i åtte tomter av Los Amigos Conservation Conservation, basert på vanlig minste kvadraters regresjon.D Sammenheng mellom total kvikksølvkonsentrasjon i nedbør og total overflate jord kvikksølvkonsentrasjon for alle fem lokalitetene i skog (grønne sirkler) og avskoging (brune trekanter) regioner, i henhold til vanlig minste kvadraters regresjon (feilstolper viser standardavvik).
Ved å bruke langsiktige nedbørs- og forsøplingsdata var vi i stand til å skalere målinger av penetrasjon og kvikksølvinnhold i søppel fra de tre kampanjene for å gi et estimat av den årlige atmosfæriske kvikksølvfluksen for Los Amigos Conservation Concession (penetrasjon + søppelmengde + nedbør) for et foreløpig estimat. Vi fant at atmosfæriske kvikksølvflukser i skogreservater ved siden av ASGM-aktivitet var mer enn 15 ganger høyere enn i omkringliggende avskogede områder (137 versus 9 µg Hg m-2 år-1; figur 3 A,B). Denne foreløpige estimat av kvikksølvnivåer i Los Amigos overstiger tidligere rapporterte kvikksølvstrømmer nær punktkilder til kvikksølv i skoger i Nord-Amerika og Europa (f.eks. kullbrenning), og er sammenlignbare med verdier i det industrielle Kina 21,36. Alt i alt ca 94 % av det totale kvikksølvavsetningen i de beskyttede skogene i Los Amigos produseres ved tørravsetning (penetrering + forsøpling – nedbørskvikksølv), et bidrag som er mye høyere enn de fleste andre forekomster.Disse resultatene fremhever forhøyede nivåer av kvikksølv som kommer inn i skoger ved tørr avsetning fra ASGM og viktigheten av skogtak for å fjerne ASGM-avledet kvikksølv fra atmosfæren. Vi forventer at det høyt anrikede Hg-avsetningsmønsteret observert i skogkledde områder nær ASGM aktiviteten er ikke unik for Peru.
I motsetning til dette har avskogede områder i gruveområder lavere kvikksølvnivåer, hovedsakelig gjennom kraftig nedbør, med lite kvikksølvtilførsel gjennom fall og forsøpling. Konsentrasjonene av totalt kvikksølv i bulksedimenter i gruveområdet var sammenlignbare med de som ble målt i fjerntliggende områder (fig. 2C) ).Gjennomsnittlige konsentrasjoner (område: 1,5–9,1 ng L-1) av totalt kvikksølv i bulknedbør i tørrsesongen var lavere enn tidligere rapporterte verdier i Adirondacks i New York37 og var generelt lavere enn i fjerntliggende Amazonasregioner38. Derfor, bulknedbørstilførselen av Hg var lavere (8,6-21,5 µg Hg m-2 år-1) i det tilstøtende avskogede området sammenlignet med GEM, gjennomfalls- og søppelkonsentrasjonsmønstre på gruveområdet, og reflekterer ikke nærhet til gruvedrift .Fordi ASGM krever avskoging, har 2,3 ryddede områder der gruvevirksomheten er konsentrert lavere kvikksølvtilførsel fra atmosfærisk avsetning enn nærliggende skogkledde områder, selv om ikke-atmosfæriske direkte utslipp av ASGM (f.eks.s elementært kvikksølvsøl eller avgangsmasser) vil sannsynligvis være svært høye.Høy 22.
Endringer i kvikksølvfluksene observert i den peruanske Amazonas er drevet av store forskjeller innenfor og mellom lokaliteter i den tørre årstiden (skog og avskoging) (fig. 2). I motsetning så vi minimale forskjeller mellom lokaliteter og steder, samt lave Hg-flukser i regntiden (Supplerende Fig. 1). Denne sesongforskjellen (Fig. 2B) kan skyldes høyere intensitet i gruvedrift og støvproduksjon i den tørre årstiden. Økt avskoging og redusert nedbør i tørre årstider kan øke støvet produksjon, og dermed øke mengden atmosfæriske partikler som absorberer kvikksølv. Kvikksølv- og støvproduksjon i den tørre årstiden kan bidra til kvikksølvfluksmønstre innenfor avskoging sammenlignet med de skogkledde områdene i Los Amigos Conservation Concession.
Ettersom kvikksølvtilførsler fra ASGM i den peruanske Amazonas avsettes i terrestriske økosystemer primært gjennom interaksjoner med skogkronen, testet vi om høyere trekronetetthet (dvs. bladarealindeks) ville føre til høyere kvikksølvtilførsel. I den intakte skogen i Los Amigos Bevaringskonsesjon, vi samlet fallfall fra 7 skogstomter med forskjellige krontettheter. Vi fant at bladarealindeksen var en sterk prediktor for total kvikksølvtilførsel gjennom høst, og gjennomsnittlig total kvikksølvkonsentrasjon gjennom fall økte med bladarealindeks (fig. 3C Mange andre variabler påvirker også kvikksølvtilførsel gjennom fall, inkludert bladalder34, bladruhet, stomataltetthet, vindhastighet39, turbulens, temperatur og førtørre perioder.
I samsvar med de høyeste kvikksølvavsetningsratene hadde matjorda (0-5 cm) på Los Amigos-skogområdet den høyeste totale kvikksølvkonsentrasjonen (140 ng g-1 i tørkesesongen 2018; Fig. 2E). Videre var kvikksølvkonsentrasjonene anriket over hele den målte vertikale jordprofilen (område 138–155 ng g-1 i en dybde på 45 cm; Supplerende Fig. 3). Det eneste stedet som viste høye kvikksølvkonsentrasjoner i overflaten i den tørre sesongen 2018 var et avskogingssted i nærheten av en gruveby (Boca Colorado). På dette stedet antok vi at de ekstremt høye konsentrasjonene kan skyldes lokal forurensning av elementært kvikksølv under fusjon, da konsentrasjonene ikke steg på dypet (>5 cm). Fraksjonen av atmosfærisk kvikksølvavsetning tapt ved å rømme fra jord (dvs. kvikksølv sluppet ut i atmosfæren) på grunn av baldakindekning kan også være mye lavere i skogkledde områder enn i avskogede områder40, noe som tyder på at en betydelig andel kvikksølv avsettes til bevaring.Området forblir i jorda. Jordens totale kvikksølvbasseng i primærskogen i Los Amigos Conservation Conservation var 9100 μg Hg m-2 innenfor de første 5 cm og over 80 000 μg Hg m-2 innenfor de første 45 cm.
Siden blader primært absorberer atmosfærisk kvikksølv, i stedet for jordkvikksølv,30,31 og deretter transporterer dette kvikksølvet ned i jord ved å falle, er det mulig at den høye avsetningshastigheten av kvikksølv driver mønstrene observert i jord. Vi fant en sterk korrelasjon mellom gjennomsnittlig total kvikksølvkonsentrasjoner i matjord og totale kvikksølvkonsentrasjoner i alle skogområder, mens det ikke var noen sammenheng mellom matjordkvikksølv og totale kvikksølvkonsentrasjoner i kraftig nedbør i avskogede områder (fig. 3D). Lignende mønstre var også tydelige i forholdet mellom matjordkvikksølvbasseng og totale kvikksølvflukser i skogkledde områder, men ikke i avskogingsområder (kvikksølvbassenger i matjord og total nedbør totalt kvikksølvfluks).
Nesten alle studier av terrestrisk kvikksølvforurensning assosiert med ASGM har vært begrenset til målinger av totalt kvikksølv, men metylkvikksølvkonsentrasjoner bestemmer kvikksølvs biotilgjengelighet og påfølgende næringsakkumulering og eksponering.I terrestriske økosystemer metyleres kvikksølv av mikroorganismer under anoksiske forhold41,42, så det er generelt antatt at høylandsjord har lavere konsentrasjoner av metylkvikksølv. For første gang har vi imidlertid registrert målbare konsentrasjoner av MeHg i Amazonas-jord nær ASGM-er, noe som tyder på at forhøyede MeHg-konsentrasjoner strekker seg utover akvatiske økosystemer og inn i terrestriske miljøer innenfor disse ASGM-påvirkede områdene , inkludert de som er nedsenket i regntiden.Jordsmonn og de som holder seg tørre året rundt. De høyeste konsentrasjonene av metylkvikksølv i matjorda i tørrsesongen 2018 fant sted i to skogkledde områder av gruven (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) Siden disse prosentene av kvikksølv i form av metylkvikksølv er sammenlignbare med andre terrestriske steder over hele verden (tilleggsfigur 4), ser de høye konsentrasjonene av metylkvikksølv ut til å være på grunn av høy total kvikksølvtilførsel og høy lagring av total kvikksølv i jord, snarere enn netto omdannelse av tilgjengelig uorganisk kvikksølv til metylkvikksølv (Supplerende Fig. 5) Våre resultater representerer de første målingene av metylkvikksølv i jord nær ASGM i den peruanske Amazonas. I følge andre studier har det rapportert høyere produksjon av metylkvikksølv i oversvømte og tørre landskap43,44, og vi forventer høyere konsentrasjoner av metylkvikksølv i nærliggende skoger sesongmessige og permanente våtmarker som oppleverlignende kvikksølvbelastninger.Selv om metylkvikksølv Det gjenstår å fastslå om det er en toksisitetsrisiko for landlevende dyr i nærheten av gullgruveaktiviteter, men disse skogene nær ASGM-aktiviteter kan være hotspots for bioakkumulering av kvikksølv i terrestriske næringsnett.
Den viktigste og mest nye implikasjonen av vårt arbeid er å dokumentere transport av store mengder kvikksølv inn i skoger ved siden av ASGM. Våre data tyder på at dette kvikksølvet er tilgjengelig i, og beveger seg gjennom, landlevende næringsnett. I tillegg kommer betydelige mengder kvikksølv. lagres i biomasse og jordsmonn og vil sannsynligvis bli frigjort med endringer i arealbruk4 og skogbranner45,46. Det sørøstlige peruanske Amazonas er et av de mest biologisk mangfoldige økosystemene av virveldyr- og insekttaxa på jorden.Høy strukturell kompleksitet i intakt antikke tropiske områder skoger fremmer biologisk mangfold av fugler48 og gir nisjer for et bredt spekter av skoglevende arter49. Som et resultat er mer enn 50 % av Madre de Dios-området utpekt som beskyttet land eller et nasjonalt reservat50. Internasjonalt press for å kontrollere ulovlig ASGM-aktivitet i Tambopata National Reserve har vokst betydelig det siste tiåret, noe som har ført til en større håndhevelse (Operación Mercurio) av den peruanske regjeringeni 2019. Funnene våre tyder imidlertid på at kompleksiteten til skogene som ligger til grunn for Amazonas biologiske mangfold gjør regionen svært sårbar for kvikksølvlasting og lagring i landskap med økte ASGM-relaterte kvikksølvutslipp, noe som fører til globale kvikksølvflukser gjennom vann.Den høyeste rapporterte måling av mengden er basert på våre foreløpige estimater av forhøyede kvikksølvflukser i intakte skoger nær ASGM. Mens våre undersøkelser fant sted i beskyttede skoger, ville mønsteret med forhøyet kvikksølvtilførsel og -retensjon gjelde for enhver gammel primærskog nær ASGM-aktivitet, inkludert buffersoner, så disse resultatene stemmer overens med beskyttede og ubeskyttede skoger.Beskyttede skoger er like. Derfor er risikoen ved ASGM for kvikksølvlandskap ikke bare knyttet til direkte import av kvikksølv gjennom atmosfæriske utslipp, utslipp og avgang, men også til landskapets evne til å fange, lagre og omdanne kvikksølv til mer biotilgjengelig. skjemaer.relatert til potensielt metylkvikksølv, som viser differensielle effekter på globale kvikksølvbassenger og terrestrisk dyreliv avhengig av skogdekke nær gruvedrift.
Ved å binde atmosfærisk kvikksølv kan intakte skoger nær håndverks- og småskala gullgruvedrift redusere kvikksølvrisikoen for nærliggende akvatiske økosystemer og globale atmosfæriske kvikksølvreservoarer. Hvis disse skogene ryddes for utvidet gruvedrift eller landbruksaktiviteter, kan gjenværende kvikksølv overføres fra land til vann økosystemer gjennom skogbranner, rømning og/eller avrenning45, 46, 51, 52, 53.I den peruanske Amazonas brukes årlig ca. 180 tonn kvikksølv i ASGM54, hvorav ca. en fjerdedel slippes ut i atmosfæren55, gitt Conservation Concession ved Los Amigos. Dette området er omtrent 7,5 ganger det totale arealet av beskyttet land og naturreservater i Madre de Dios-regionen (ca. 4 millioner hektar), som har den største andelen beskyttet land i noen annen peruansk provins, og disse store områder med intakt skogsmark.Delvis utenfor avsetningsradiusen til ASGM og kvikksølv. Kvikksølvbinding i intakte skoger er således ikke tilstrekkelig til å hindre ASGM-avledet kvikksølv i å komme inn i regionale og globale atmosfæriske kvikksølvbassenger, noe som antyder viktigheten av å redusere ASGM-kvikksølvutslipp. Skjebnen til store mengder av kvikksølv kvikksølv lagret i terrestriske systemer er i stor grad påvirket av bevaringspolitikk. Fremtidige beslutninger om hvordan man skal forvalte intakt skog, spesielt i områder nær ASGM-aktivitet, har dermed implikasjoner for kvikksølvmobilisering og biotilgjengelighet nå og i de kommende tiårene.
Selv om skoger kunne binde opp alt kvikksølv som slippes ut i tropiske skoger, ville det ikke være et universalmiddel for kvikksølvforurensning, ettersom jordbaserte næringsnett også kan være sårbare for kvikksølv. Vi vet svært lite om kvikksølvkonsentrasjoner i biota i disse intakte skogene, men disse første målinger av terrestriske kvikksølvforekomster og jord-metylkvikksølv tyder på at høye nivåer av kvikksølv i jord og høye metylkvikksølv kan øke eksponeringen for de som bor i disse skogene.Risikoer for forbrukere med høy ernæringsmessig kvalitet.Data fra tidligere studier av terrestrisk kvikksølvbioakkumulering i tempererte skoger har funnet at blodkvikksølvkonsentrasjoner i fugler korrelerer med kvikksølvkonsentrasjoner i sedimenter, og sangfugler som spiser mat som kommer helt fra land kan vise kvikksølvkonsentrasjoner Økt 56,57. Forhøyet kvikksølveksponering hos sangfugler er med redusert reproduksjonsevne og suksess, redusert overlevelse av avkom, svekket utvikling, atferdsendringer, fysiologisk stress og dødelighet58,59. Hvis denne modellen gjelder for den peruanske Amazonas, kan de høye kvikksølvfluksene som forekommer i intakte skoger føre til høye kvikksølvkonsentrasjoner i fugler og annen biota, med mulige uheldige effekter. Dette er spesielt bekymringsfullt fordi regionen er en global hotspot for biologisk mangfold60. Disse resultatene understreker viktigheten av å forhindre at håndverks- og småskala gullgruvedrift finner sted innenfor nasjonale verneområder og buffersonene rundt. dem. Formalisering av ASGM-aktivitetes15,16 kan være en mekanisme for å sikre at beskyttede landområder ikke blir utnyttet.
For å vurdere om kvikksølv avsatt i disse skogkledde områdene kommer inn i det terrestriske næringsnettet, målte vi halefjærene til flere fastboende sangfugler fra Los Amigos-reservatet (påvirket av gruvedrift) og Cocha Cashu biologiske stasjon (upåvirkede gamle fugler).total kvikksølvkonsentrasjon.vekstskog), 140 km fra vårt mest oppstrøms Bokamanu prøvetakingssted. For alle tre artene hvor det ble tatt prøver av flere individer på hvert sted, var Hg forhøyet hos fuglene i Los Amigos sammenlignet med Cocha Cashu (fig. 4). mønsteret vedvarte uavhengig av matvaner, ettersom utvalget vårt inkluderte den underliggende antispiser Myrmotherula axillaris, den maurfølgede antispiser Phlegopsis nigromaculata og fruktspiser 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]). Av de 10 Phlegopsis nigromaculata individer tatt prøver ved Los Amigos, 3 overskred EC10 (effektiv konsentrasjon for en 10 % reduksjon i reproduksjonssuksess), 3 overskred EC20, 1 overskred EC30 (se EC-kriterier i Evers58), og ingen individuelle Cocha Noen arter av Cashu overstiger EC10. Disse foreløpige funn, med gjennomsnittlige kvikksølvkonsentrasjoner 2-3 ganger høyere i sangfugler fra beskyttede skoger ved siden av ASGM-aktivitet,og individuelle kvikksølvkonsentrasjoner opp til 12 ganger høyere, vekker bekymring for at kvikksølvforurensning fra ASGM kan komme inn i terrestriske næringsnett.grad av betydelig bekymring. Disse resultatene understreker viktigheten av å forhindre ASGM-aktivitet i nasjonalparker og deres omkringliggende buffersoner.
Data ble samlet inn ved Los Amigos Conservation Concessions (n = 10 for Myrmotherula axillaris [understory invertivore] og Phlegopsi nigromaculata [maurfølgende invertivore], n = 46 for Pipra fasciicauda [frugivore]; rødt trekantsymbol) og avsidesliggende steder i Cocha Kashu Biological Station (n = 2 per art; grønne sirkelsymboler). Effektive konsentrasjoner (ECs) er vist å redusere reproduksjonssuksess med 10 %, 20 % og 30 % (se Evers58). Fuglebilder modifisert fra Schulenberg65.
Siden 2012 har omfanget av ASGM i den peruanske Amazonas økt med mer enn 40 % i beskyttede områder og 2,25 eller mer i ubeskyttede områder. Fortsatt bruk av kvikksølv i håndverks- og småskala gullgruvedrift kan ha ødeleggende effekter på dyrelivet som bor i disse skogene. Selv om gruvearbeidere slutter å bruke kvikksølv umiddelbart, kan effekten av denne forurensningen i jordsmonnet vare i århundrer, med potensial til å øke tapene fra avskoging og skogbranner61,62. Dermed kan kvikksølvforurensning fra ASGM ha langvarig effekter på biota av intakte skoger som grenser til ASGM, nåværende risiko og fremtidig risiko gjennom kvikksølvutslipp i gammelskog med høyest verneverdi.og reaktivering for å maksimere forurensningspotensialet. Vårt funn om at terrestrisk biota kan ha betydelig risiko for kvikksølvforurensning fra ASGM bør gi ytterligere drivkraft for fortsatt innsats for å redusere kvikksølvutslipp fra ASGM. Disse tiltakene inkluderer en rekke tilnærminger, fra relativt enkel kvikksølvfangst destillasjonssystemer til mer utfordrende økonomiske og sosiale investeringer som vil formalisere aktiviteten og redusere de økonomiske insentivene for ulovlig ASGM.
Vi har fem stasjoner innenfor 200 km fra elven Madre de Dios. Vi valgte prøvetakingssteder basert på deres nærhet til intensiv ASGM-aktivitet, omtrent 50 km mellom hvert prøvetakingssted, tilgjengelig via elven Madre de Dios (fig. 2A). Vi har valgte to lokaliteter uten gruvedrift (Boca Manu og Chilive, henholdsvis ca. 100 og 50 km fra ASGM), heretter referert til som "fjernanlegg". Vi valgte tre steder innenfor gruveområdet, heretter referert til som "Gruvesteder", to gruveanlegg i sekundærskog nær byene Boca Colorado og Laberinto, og ett gruveanlegg i intakt primærskog.Los Amigos Protection Concessions.Vær oppmerksom på at på Boca Colorado- og Laberinto-anleggene i dette gruveområdet frigjorde kvikksølvdamp fra forbrenningen kvikksølv-gull amalgam er en hyppig forekomst, men den nøyaktige plasseringen og mengden er ukjent da disse aktivitetene ofte er ulovlige og hemmelige;vi vil kombinere gruvedrift og kvikksølv Forbrenning av legeringer omtales samlet som «ASGM-aktivitet».I tørresesongen 2018 (juli og august 2018) og regntiden 2018 (desember 2018) i lysninger (avskogingsområder helt fri for treplanter) og under tretak (skogområder) ble det installert sedimentprøvetakere på fem steder og i januar 2019 for å samle henholdsvis våtavsetning (n = 3) og penetrasjonsfall (n = 4). Nedbørsprøver ble samlet inn i løpet av fire uker i tørrsesong og to til tre uker i regntiden. I løpet av det andre året med prøvetaking av tørrsesong (juli og august 2019), installerte vi samlere (n = 4) i seks ekstra skogsområder i Los Amigos i fem uker, basert på høye avsetningsrater målt det første året. Det er totalt 7 skogstomter og 1 avskogingsplott for Los Amigos. Avstanden mellom tomtene var 0,1 til 2,5 km. Vi samlet inn ett GPS-veipunkt per tomt ved hjelp av en håndholdt Garmin GPS.
Vi utplasserte passive luftprøvetakere for kvikksølv på hver av våre fem lokasjoner i løpet av tørrsesongen 2018 (juli-august 2018) og regntiden 2018 (desember 2018-januar 2019) i to måneder (PAS). Én PAS-prøvetaker ble utplassert per sted. i den tørre årstiden og to PAS-prøvetakere ble utplassert i regntiden. PAS (utviklet av McLagan et al. 63) samler opp gassformig elementært kvikksølv (GEM) ved passiv diffusjon og adsorpsjon på en svovelimpregnert karbonsorbent (HGR-AC) via en Radiello© diffusjonsbarriere. Diffusjonsbarrieren til PAS fungerer som en barriere mot passasje av gassformige organiske kvikksølvarter;derfor er bare GEM adsorbert til karbon 64. Vi brukte plastkabelbånd for å feste PAS til en stolpe ca. 1 m over bakken. Alle prøvetakere ble forseglet med parafilm eller lagret i gjenlukkbare dobbeltlags plastposer før og etter utplassering. innsamlet feltblind- og reiseblind-PAS for å vurdere forurensning introdusert under prøvetaking, feltlagring, laboratorielagring og prøvetransport.
Under utplasseringen av alle de fem prøvetakingsstedene plasserte vi tre nedbørssamlere for kvikksølvanalyse og to samlere for andre kjemiske analyser, og fire gjennomføringssamlere for kvikksølvanalyse på avskogingsstedet.samler, og to samlere for andre kjemiske analyser. Samlerne er en meter fra hverandre. Merk at selv om vi har et konsistent antall samlere installert på hvert sted, har vi i noen innsamlingsperioder mindre prøvestørrelser på grunn av oversvømmelser på stedet, menneskelig interferens med samlere og tilkoblingsfeil mellom rør og oppsamlingsflasker. På hver skog og avskogingssted inneholdt en oppsamler for kvikksølvanalyse en 500 ml flaske, mens den andre inneholdt en 250 ml flaske;alle andre samlere for kjemisk analyse inneholdt en 250 ml flaske. Disse prøvene ble oppbevart nedkjølt til de var frysefrie, deretter sendt til USA på is, og deretter holdt frosne til analyse. Samleren for kvikksølvanalyse består av en glasstrakt som ble passert gjennom et nytt styren-etylen-butadien-styren blokkpolymerrør (C-Flex) med en ny polyetylentereftalat Ester copolyester glykol (PETG) flaske med en løkke som fungerer som en damplås. Ved utplassering ble alle 250 ml PETG flasker surgjort med 1 mL saltsyre av spormetallkvalitet (HCl) og alle 500 mL PETG-flasker ble surgjort med 2 mL HCl av spormetallkvalitet. Samleren for andre kjemiske analyser består av en plasttrakt koblet til en polyetylenflaske via ny C-Flex slange med en løkke som fungerer som en damplås. Alle glasstrakter, plasttrakter og polyetylenflasker ble syrevasket før utplassering. Vi samlet inn prøver ved å bruke protokollen for rene hender-skitne hender (EPA-metoden 1669), holdt samples så kaldt som mulig inntil retur til USA, og deretter lagret prøver ved 4°C frem til analyse. Tidligere studier med denne metoden har vist 90-110 % gjenvinning for laboratorieblindprøver under deteksjonsgrensen og standard pigger37.
På hvert av de fem stedene samlet vi inn blader som baldakinblader, tok bladprøver, ferskt søppel og massestrø ved å bruke protokollen for rene hender-skitne hender (EPA-metode 1669). Alle prøvene ble samlet inn under en innsamlingslisens fra SERFOR , Peru, og importert til USA under en USDA-importlisens. Vi samlet inn kroneblader fra to treslag funnet på alle steder: en tresort i vekst (Ficus insipida) og et mellomstort tre (Inga feuilleei). Vi samlet inn blader fra trekroner med Notch Big Shot sprettert i tørrsesongen 2018, regntiden 2018 og tørrsesongen 2019 (n = 3 per art). Vi samlet inn bladgrabbprøver (n = 1) ved å samle blader fra hver tomt fra kl. grener mindre enn 2 m over bakken i løpet av tørrsesongen 2018, regntiden 2018 og tørrsesongen 2019. I 2019 samlet vi også inn bladgrabbprøver (n = 1) fra 6 ekstra skogsområder i Los Amigos. ferskt søppel (“bulk søppel”) i kurver med netting av plast(n = 5) i løpet av 2018-regntiden på alle de fem skoglokalitetene og i løpet av 2019-tørresesongen på Los Amigos-tomten (n = 5). Vær oppmerksom på at selv om vi installerte et konsistent antall kurver på hvert sted, i noen innsamlingsperioder , var prøvestørrelsen vår mindre på grunn av oversvømmelser på stedet og menneskelig forstyrrelse av oppsamlere. Alle søppelkurver er plassert innenfor én meter fra vannoppsamleren. Vi samlet inn bulksøppel som bakkeprøver i tørkesesongen 2018, regntiden 2018, og tørrsesongen 2019. I løpet av den tørre sesongen i 2019 samlet vi også en stor mengde søppel på alle Los Amigos-plottene våre. Vi kjølte alle bladprøver til de kunne fryses ved hjelp av en fryser, og deretter fraktet til USA på is, og deretter lagret frosset til behandling.
Vi samlet inn jordprøver i tre eksemplarer (n = 3) fra alle fem lokalitetene (åpne og baldakin) og Los Amigos-tomten i løpet av den tørre sesongen 2019 under alle tre sesongmessige hendelser. Alle jordprøver ble samlet inn innenfor én meter fra nedbørsoppsamleren. samlet inn jordprøver som matjord under strølaget (0–5 cm) ved hjelp av en jordprøvetaker. I tillegg, i løpet av tørkesesongen 2018, samlet vi jordkjerner på opptil 45 cm dype og delte dem inn i fem dybdesegmenter. Hos Laberinto kunne vi samle bare én jordprofil fordi grunnvannsspeilet er nær jordoverflaten. Vi samlet inn alle prøvene ved å bruke protokollen for ren hånd-skitten hånd (EPA Method 1669). Vi avkjølte alle jordprøver til de kunne fryses ved hjelp av en fryser, og ble deretter sendt på is til USA, og deretter lagret frossen frem til behandling.
Bruk tåkereirer satt ved daggry og skumring for å fange fugler på de kjøligste tidene på dagen. I Los Amigos-reservatet plasserte vi fem tåkereir (1,8 × 2,4) på ni steder. På Cocha Cashu Bio Station plasserte vi 8 til 10 tåkereir (12 x 3,2 m) på 19 steder.På begge stedene samlet vi hver fugls første sentrale halefjær, eller hvis ikke, den nest eldste fjæren.Vi lagrer fjær i rene Ziploc-poser eller manilakonvolutter med silikon.Vi samlet inn fotografiske registreringer og morfometriske målinger for å identifisere arter i henhold til Schulenberg65. Begge studiene ble støttet av SERFOR og tillatelse fra Animal Research Council (IACUC). Når vi sammenlignet fuglefjær Hg-konsentrasjoner, undersøkte vi de artene hvis fjær ble samlet inn ved Los Amigos Conservation Concession og Cocha Cashu biologiske stasjon (Myrmotherula axillaris, Phlegopsis nigromaculata, Pipra fasciicauda).
For å bestemme Leaf Area Index (LAI), ble lidar-data samlet inn ved å bruke GatorEye Unmanned Aerial Laboratory, et sensorfusjons ubemannet luftsystem (se www.gatoreye.org for detaljer, også tilgjengelig ved å bruke lenken "2019 Peru Los Friends" June ) 66.Lidaren ble samlet inn ved Los Amigos Conservation Conservation i juni 2019, med en høyde på 80 m, en flyhastighet på 12 m/s og en avstand på 100 m mellom tilstøtende ruter, slik at dekningsgraden for sideavvik nådde 75 %.Tettheten av punkter fordelt over den vertikale skogprofilen overstiger 200 punkter per kvadratmeter. Flyområdet overlapper med alle prøvetakingsområdene i Los Amigos i løpet av den tørre sesongen 2019.
Vi kvantifiserte den totale Hg-konsentrasjonen av PAS-innsamlede GEM-er ved termisk desorpsjon, fusjon og atomabsorpsjonsspektroskopi (USEPA-metode 7473) ved bruk av et Hydra C-instrument (Teledyne, CV-AAS). Vi kalibrerte CV-AAS ved bruk av National Institute of Standards and Technology (NIST) Standard Reference Material 3133 (Hg standardløsning, 10,004 mg g-1) med en deteksjonsgrense på 0,5 ng Hg. Vi utførte Continuous Calibration Verification (CCV) ved bruk av NIST SRM 3133 og Quality Control Standards (QCS) ved bruk av NIST 1632e (bituminøst kull, 135,1 mg g-1). Vi delte hver prøve i en annen båt, plasserte den mellom to tynne lag med natriumkarbonat (Na2CO3)-pulver og dekket den med et tynt lag aluminiumhydroksid (Al(OH) 3) pulver67. Vi målte det totale HGR-AC-innholdet i hver prøve for å fjerne eventuell inhomogenitet i Hg-fordelingen i HGR-AC-sorbenten. Derfor beregnet vi kvikksølvkonsentrasjonen for hver prøve basert på summen av det totale kvikksølvet målt med hvert fartøy oghele HGR-AC-sorbentinnholdet i PAS. Gitt at bare én PAS-prøve ble samlet inn fra hvert sted for konsentrasjonsmålinger i løpet av 2018-tørrsesongen, ble metodekvalitetskontroll og -sikring utført ved å gruppere prøver med overvåkingsprosedyreblanker, interne standarder og matrise -matchede kriterier.I løpet av regntiden 2018 gjentok vi målingene av PAS-prøvene. Verdiene ble ansett som akseptable når den relative prosentforskjellen (RPD) av CCV- og matrise-matchede standardmålinger begge var innenfor 5 % av det akseptable verdi, og alle prosedyreblindprøver var under deteksjonsgrensen (BDL). Vi blankkorrigerte totalt kvikksølv målt i PAS ved bruk av konsentrasjoner bestemt fra felt- og tripblindprøver (0,81 ± 0,18 ng g-1, n = 5). Vi beregnet GEM konsentrasjoner som bruker den blanke korrigerte totalmassen av adsorbert kvikksølv delt på utplasseringstid og prøvetakingshastighet (mengde luft for å fjerne gassformig kvikksølv per tidsenhet;0,135 m3 dag-1)63,68, justert for temperatur og vind fra World Weather Online Gjennomsnittlig temperatur- og vindmålinger oppnådd for Madre de Dios-regionen68. Standardfeilen rapportert for de målte GEM-konsentrasjonene er basert på feilen til en ekstern standard kjøre før og etter prøven.
Vi analyserte vannprøver for totalt kvikksølvinnhold ved oksidasjon med bromklorid i minst 24 timer, etterfulgt av tinn(II)kloridreduksjon og rense- og felleanalyse, kalddamp atomfluorescensspektroskopi (CVAFS) og gasskromatografi (GC) separasjon (EPA-metoden) 1631 av Tekran 2600 Automatic Total Mercury Analyzer, rev. E). Vi utførte CCV på prøvene i tørrsesongen 2018 ved å bruke Ultra Scientific-sertifiserte vandige kvikksølvstandarder (10 μg L-1) og initial kalibreringsverifisering (ICV) ved bruk av NIST-sertifisert referansemateriale 1641D (kvikksølv i vann, 1,557 mg kg-1) ) med en deteksjonsgrense på 0,02 ng L-1. For prøvene for våtsesongen 2018 og 2019 tørrsesong, brukte vi Brooks Rand Instruments Total Mercury Standard (1,0 ng L−1) ) for kalibrering og CCV og SPEX Centriprep Inductively Coupled Plasma Mass Spectrometry (ICP-MS) multielement for ICV løsning standard 2 A med en deteksjonsgrense på 0,5 ng L-1. Alle standarder gjenvunnet innenfor 15 % av akseptable verdier.Fel.d blanks, fordøyelsesblanks og analytiske blanks er alle BDL.
Vi frysetørkede jord- og bladprøver i fem dager. Vi homogeniserte prøvene og analyserte dem for totalt kvikksølv ved termisk dekomponering, katalytisk reduksjon, fusjon, desorpsjon og atomabsorpsjonsspektroskopi (EPA-metode 7473) på en Milestone Direct Mercury Analyzer (DMA). -80).For prøvene fra tørre årstiden 2018 utførte vi DMA-80-tester ved bruk av NIST 1633c (flyveaske, 1005 ng g-1) og National Research Council of Canadas sertifiserte referansemateriale MESS-3 (marint sediment, 91 ng g) -1).Kalibrering.Vi brukte NIST 1633c for CCV og MS og MESS-3 for QCS med en deteksjonsgrense på 0,2 ng Hg. For prøver fra våtsesongen 2018 og 2019 tørrsesong kalibrerte vi DMA-80 ved å bruke Brooks Rand Instruments Total Mercury Standard (1.0) ng L−1). Vi brukte NIST standard referansemateriale 2709a (San Joaquin jord, 1100 ng g-1) for CCV og MS og DORM-4 (fiskeprotein, 410 ng g-1) for QCS med en deteksjonsgrense på 0,5 ng Hg. For alle årstider analyserte vi alle prøver i duplikat og aksepterte verdier når RPD mellom de to prøvene var innenfor 10 %. Gjennomsnittlig gjenvinning for alle standarder og matrisetopper var innenfor 10 % av akseptable verdier, og alle blindprøver var BDL. Alle rapporterte konsentrasjoner er tørrvekt.
Vi analyserte metylkvikksølv i vannprøver fra alle tre sesongaktivitetene, bladprøver fra tørre sesongen 2018 og jordprøver fra alle tre sesongaktivitetene. Vi tok ut vannprøver med sporgradig svovelsyre i minst 24 timer, 69 fordøyde blader med 2 % kaliumhydroksid i metanol i minst 48 timer ved 55°C i minst 70 timer, og fordøyd jord i mikrobølgeovn med spormetall-grad HNO3-syre71,72.Vi analyserte 2018 tørrsesongprøver ved vannetylering ved bruk av natriumtetraetylborat, purge og felle, og CVAFS på et Tekran 2500 spektrometer (EPA-metode 1630). Vi brukte Frontier Geosciences akkrediterte laboratoriemeHg-standarder og sediment QCS ved bruk av ERM CC5 CCV for kalibrering og kalibrering og en metodedeteksjonsgrense på 0,2 ng L-1. Vi analyserte prøvene fra 2019 tørrsesong ved bruk av natriumtetraetylborat for vannetylering, purge and trap, CVAFS, GC og ICP-MS på en Agilent 770 (EPA-metode 1630)73. Vi brukte Brooks Rand Instruments metylkvikksølvstandarder (1 ng L−1) for kalibrering og CCV med en metodedeteksjonsgrense på 1 pg. Alle standarder gjenvunnet innenfor 15 % av akseptable verdier for alle årstider og alle blanke var BDL.
Ved vårt Biodiversity Institute Toxicology Laboratory (Portland, Maine, USA), var metodedeteksjonsgrensen 0,001 μg g-1. Vi kalibrerte DMA-80 ved å bruke 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 bruker DOLT-5 og CE-464 for CCV og QCS. Gjennomsnittlig gjenvinning for alle standarder var innenfor 5 % av akseptable verdier, og alle blanks var BDL. Alle replikater var innenfor 15 % RPD. Alle rapporterte totale kvikksølvkonsentrasjoner av fjær er ferskvekt (fw).
Vi bruker 0,45 μm membranfiltre for å filtrere vannprøver for ytterligere kjemisk analyse. Vi analyserte vannprøver for anioner (klorid, nitrat, sulfat) og kationer (kalsium, magnesium, kalium, natrium) ved ionekromatografi (EPA-metode 4110B) [USEPA, 2017a] ved bruk av en Dionex ICS 2000 ionekromatograf .Alle standarder gjenvunnet innenfor 10 % av akseptable verdier og alle blindprøver var BDL. Vi bruker Thermofisher X-Series II til å analysere sporelementer i vannprøver ved induktivt koblet plasmamassespektrometri.Instrument Kalibreringsstandarder ble utarbeidet ved seriefortynning av sertifisert vannstandard NIST 1643f. Alle mellomrom er BDL.
Alle flukser og bassenger rapportert i teksten og figurene bruker gjennomsnittlige konsentrasjonsverdier for den tørre og regntunge årstiden. Se tilleggstabell 1 for estimater av bassenger og flukser (gjennomsnittlige årlige flukser for begge årstider) ved bruk av minimum og maksimum målte konsentrasjoner i løpet av tørre og regnfulle årstider. Vi beregnet skogkvikksølvfluks fra Los Amigos Conservation Concession som summert kvikksølvtilførsel gjennom fall og søppel. Vi beregnet Hg-flukser fra avskoging fra bulknedbør Hg-avsetning. Ved å bruke daglige nedbørsmålinger fra Los Amigos (samlet inn som en del av EBLA og tilgjengelig fra ACCA på forespørsel), beregnet vi den gjennomsnittlige akkumulerte årlige nedbøren det siste tiåret (2009-2018) til å være omtrent 2500 mm år-1. Merk at i 2018-kalenderåret er den årlige nedbøren nær dette gjennomsnittet ( 2468 mm), mens de våteste månedene (januar, februar og desember) står for omtrent halvparten av den årlige nedbøren (1288 mm av 2468 mm).Vi bruker derfor gjennomsnittet av konsentrasjoner av våt og tørr sesong i alle fluks- og bassengberegninger. Dette lar oss også vurdere ikke bare forskjellen i nedbør mellom våt og tørr sesong, men også forskjellen i ASGM-aktivitetsnivåer mellom disse to sesongene. litteraturverdier av rapporterte årlige kvikksølvflukser fra tropiske skoger varierer mellom ekspanderende kvikksølvkonsentrasjoner fra tørre og regnfulle årstider eller bare fra tørre årstider, når vi sammenligner våre beregnede flukser med litteraturverdier, sammenligner vi direkte våre beregnede kvikksølvflukser, mens en annen studie tok prøver i både den tørre og våte årstiden, og re-estimerte fluksene våre ved å bruke bare kvikksølvkonsentrasjoner i tørrsesongen når en annen studie tok prøver bare i den tørre årstiden (f.eks. 74).
For å bestemme det årlige totale kvikksølvinnholdet i hele nedbøren, massenedbør og søppel i Los Amigos, brukte vi forskjellen mellom den tørre sesongen (gjennomsnitt av alle Los Amigos-områder i 2018 og 2019) og regntiden (gjennomsnitt av 2018) gjennomsnittlig totalsum. kvikksølvkonsentrasjon.For totale kvikksølvkonsentrasjoner på andre lokasjoner ble gjennomsnittskonsentrasjonene mellom tørrsesongen 2018 og regntiden 2018 brukt. For metylkvikksølvbelastninger brukte vi data fra tørrsesongen 2018, det eneste året det ble målt metylkvikksølv for. For å estimere kvikksølvflukser fra strø, brukte vi litteraturestimater av avfallsmengder og kvikksølvkonsentrasjoner samlet fra blader i søppelkurver ved 417 g m-2 år-1 i den peruanske Amazonas. For jord Hg-bassenget i de øverste 5 cm av jorda, vi brukte den målte totale jord Hg (2018 og 2019 tørre sesonger, 2018 regntid) og MeHg konsentrasjoner i 2018 tørkesesongen, med en estimert bulk tetthet på 1,25 g cm-3 i den brasilianske Amazonas75.utfør disse budsjettberegningene på hovedstudiestedet vårt, Los Amigos, hvor datasett med langsiktig nedbør er tilgjengelig, og hvor den komplette skogstrukturen tillater bruk av tidligere innsamlede søppelestimater.
Vi behandler lidar-flylinjer ved å bruke GatorEye flerskala etterbehandlingsarbeidsflyt, som automatisk beregner rene sammenslåtte punktsky- og rasterprodukter, inkludert digitale høydemodeller (DEMs) med en oppløsning på 0,5 × 0,5 m. Vi brukte DEM og rensede lidar-punktskyer (WGS-84, UTM 19S Meters) som input til GatorEye Leaf Area Density (G-LAD) arbeidsflyten, som beregner kalibrerte bladarealestimater for hver voxel (m3) (m2) over bakken på toppen av kalesjen med en oppløsning på 1 × 1 × 1 m, og den utledede LAI (summen av LAD innenfor hver 1 × 1 m vertikal kolonne). LAI-verdien til hvert plottet GPS-punkt trekkes deretter ut.
Vi utførte alle statistiske analyser ved hjelp av R versjon 3.6.1 statistisk programvare76 og alle visualiseringer ved bruk av ggplot2. Vi utførte statistiske tester med en alfa på 0,05. Forholdet mellom to kvantitative variabler ble vurdert ved bruk av vanlig minste kvadraters regresjon. Vi utførte sammenligninger mellom nettsteder ved hjelp av ikke-parametrisk Kruskal-test og parvis Wilcox-test.
Alle data inkludert i dette manuskriptet kan finnes i tilleggsinformasjonen og tilhørende datafiler. Conservación Amazónica (ACCA) gir nedbørsdata på forespørsel.
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. Akselerert tap av beskyttede skoger på grunn av gullgruvedrift i det peruanske Amazonas.environment.reservoir.Wright.12, 9 (2017).
Espejo, JC et al. Avskoging og skogforringelse fra gullgruvedrift i den peruanske Amazonas: a 34-year outlook.Remote Sensing 10, 1–17 (2018).
Gerson, Jr. et al. Utvidelsen av kunstige innsjøer forverrer kvikksølvforurensning fra gullgruvedrift.vitenskap.Advanced.6, eabd4953 (2020).
Dethier, EN, Sartain, SL & Lutz, DA Forhøyede vannstander og sesongmessige inversjoner av elvsuspenderte sedimenter i hotspots for tropisk biologisk mangfold på grunn av håndverksutvinning av gull.Process.National Academy of Sciences.science.US 116, 23936–23941 (2019).
Abe, CA et al. Modellering av virkningene av endring i landdekke på sedimentkonsentrasjoner i det gullgruvede Amazonasbassenget.register.environment.often.19, 1801–1813 (2019).
Innleggstid: 24. februar 2022