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Le emissioni di mercurio dall'estrazione dell'oro artigianale e su piccola scala nell'emisfero meridionale superano la combustione del carbone come la più grande fonte mondiale di mercurio. Esaminiamo la deposizione e lo stoccaggio di mercurio nell'Amazzonia peruviana, pesantemente colpita dall'estrazione dell'oro artigianale. Foreste intatte nell'Amazzonia peruviana vicino le miniere d'oro hanno ricevuto input di mercurio estremamente elevati, con un totale e metilmercurio elevati nell'atmosfera, nelle foglie delle chiome e nel suolo. Qui, mostriamo per la prima volta che le chiome forestali intatte vicino alle miniere d'oro artigianali intercettano grandi quantità di particolato e mercurio gassoso a tassi proporzionali all'area fogliare totale. Documentiamo un sostanziale accumulo di mercurio nel suolo, nella biomassa e negli uccelli canori residenti in alcune delle regioni più protette e ricche di biodiversità dell'Amazzonia, sollevando importanti domande su come l'inquinamento da mercurio limita gli sforzi di conservazione moderni e futuri in questi ecosistemi tropicali. .
Una sfida crescente per gli ecosistemi delle foreste tropicali è l'estrazione dell'oro artigianale e su piccola scala (ASGM). Questa forma di estrazione dell'oro si verifica in più di 70 paesi, spesso in modo informale o illegale, e rappresenta circa il 20% della produzione mondiale di oro1. Mentre ASGM è un importante sostentamento per le comunità locali, provoca una deforestazione diffusa2,3, un'ampia conversione delle foreste in stagni4, un elevato contenuto di sedimenti nei fiumi vicini5,6 ed è un importante contributo all'atmosfera globale Rilascio di emissioni di mercurio (Hg) e fonti di mercurio d'acqua dolce 7. Molti siti ASGM intensificati si trovano in hotspot di biodiversità globale, con conseguente perdita di diversità8, perdita di specie sensibili9 e umani10,11,12 e predatori apicali13, 14 elevata esposizione al mercurio. Si stima che 675–1000 tonnellate di L'Hg yr-1 viene volatilizzato e rilasciato nell'atmosfera globale dalle operazioni ASGM ogni anno7. L'uso di grandi quantità di mercurio da parte dell'estrazione dell'oro artigianale e su piccola scala ha spostato le principali fontidelle emissioni atmosferiche di mercurio dal nord globale al sud globale, con implicazioni per il destino del mercurio, i modelli di trasporto e di esposizione. Tuttavia, poco si sa sul destino di queste emissioni di mercurio atmosferico e sui loro modelli di deposizione e accumulo nei paesaggi influenzati dall'ASGM.
La Convenzione internazionale di Minamata sul mercurio è entrata in vigore nel 2017 e l'articolo 7 affronta specificamente le emissioni di mercurio dall'estrazione dell'oro artigianale e su piccola scala. Nell'ASGM, il mercurio elementare liquido viene aggiunto ai sedimenti o al minerale per separare l'oro. L'amalgama viene quindi riscaldata, concentrando l'oro e rilasciando mercurio elementare gassoso (GEM; Hg0) nell'atmosfera. Ciò nonostante gli sforzi di gruppi come il Global Mercury Partnership del Programma delle Nazioni Unite per l'ambiente (UNEP), l'Organizzazione delle Nazioni Unite per lo sviluppo industriale (UNIDO) e le ONG per incoraggiare minatori per ridurre le emissioni di mercurio. Al momento della stesura di questo documento, nel 2021, 132 paesi, incluso il Perù, hanno firmato la Convenzione di Minamata e hanno iniziato a sviluppare piani d'azione nazionali per affrontare specificamente le riduzioni delle emissioni di mercurio legate all'ASGM. Gli accademici hanno chiesto questi piani d'azione nazionali per essere inclusivo, sostenibile e olistico, tenendo conto dei fattori socioeconomici e dei rischi ambientali15,16,17,18.I piani attuali per affrontare le conseguenze del mercurio nell'ambiente si concentrano sui rischi del mercurio associati all'estrazione artigianale e su piccola scala dell'oro vicino agli ecosistemi acquatici, coinvolgendo minatori e persone che vivono vicino alla combustione dell'amalgama e comunità che consumano grandi quantità di pesci predatori. Esposizione professionale al mercurio attraverso l'inalazione di vapori di mercurio dalla combustione dell'amalgama, l'esposizione alimentare al mercurio attraverso il consumo di pesce e il bioaccumulo di mercurio nelle reti alimentari acquatiche sono stati al centro della maggior parte della ricerca scientifica relativa all'ASGM, anche in Amazzonia.Studi precedenti (p. es., vedi Lodenius e Malm19).
Anche gli ecosistemi terrestri sono a rischio di esposizione al mercurio da ASGM. L'Hg atmosferico rilasciato da ASGM come GEM può ritornare al paesaggio terrestre attraverso tre vie principali20 (Fig. 1): il GEM può essere adsorbito dalle particelle nell'atmosfera, che vengono poi intercettate da superfici;GEM può essere assorbito direttamente dalle piante e incorporato nei loro tessuti;infine, il GEM può essere ossidato a specie Hg(II), che possono essere depositate a secco, adsorbite nelle particelle atmosferiche o trascinate nell'acqua piovana. Questi percorsi forniscono mercurio al suolo attraverso l'acqua di caduta (cioè, precipitazioni attraverso la chioma degli alberi), lettiera e precipitazioni, rispettivamente. La deposizione umida può essere determinata dai flussi di mercurio nei sedimenti raccolti in spazi aperti. La deposizione secca può essere determinata come la somma del flusso di mercurio nella lettiera e del flusso di mercurio in autunno meno il flusso di mercurio nelle precipitazioni. Numerosi studi hanno documentato l'arricchimento del mercurio negli ecosistemi terrestri e acquatici in prossimità dell'attività ASGM (vedi, ad esempio, tabella riassuntiva in Gerson et al. 22), probabilmente come risultato sia dell'immissione di mercurio sedimentario che del rilascio diretto di mercurio. il deposito di mercurio vicino all'ASGM potrebbe essere dovuto alla combustione dell'amalgama mercurio-oro, non è chiaro come questo Hg venga trasportato nel paesaggio regionale e l'importanza relativa di diversi deposititutti i percorsi vicino all'ASGM.
Il mercurio emesso come mercurio elementare gassoso (GEM; Hg0) può essere depositato nel paesaggio attraverso tre percorsi atmosferici. In primo luogo, il GEM può essere ossidato a Hg ionico (Hg2+), che può essere trascinato in goccioline d'acqua e depositato sulla superficie fogliare come umido o depositi secchi. In secondo luogo, i GEM possono adsorbire il particolato atmosferico (Hgp), che viene intercettato dal fogliame e lavato nel paesaggio attraverso cascate insieme all'Hg ionico intercettato. Terzo, il GEM può essere assorbito nel tessuto fogliare, mentre l'Hg si deposita nel paesaggio come lettiera. Insieme all'acqua che cade e ai rifiuti è considerata una stima della deposizione totale di mercurio. Sebbene il GEM possa anche diffondersi e adsorbirsi direttamente nel suolo e nei rifiuti77, questa potrebbe non essere la via principale per l'ingresso del mercurio negli ecosistemi terrestri.
Ci aspettiamo che le concentrazioni di mercurio elementare gassoso diminuiscano con la distanza dalle fonti di emissione di mercurio. Poiché due dei tre percorsi di deposizione del mercurio nei paesaggi (attraverso la caduta e i rifiuti) dipendono dalle interazioni del mercurio con le superfici delle piante, possiamo anche prevedere la velocità con cui il mercurio è depositati negli ecosistemi e quanto sia grave per gli animali Il rischio di impatto è determinato dalla struttura della vegetazione, come mostrato dalle osservazioni nelle foreste boreali e temperate alle latitudini settentrionali23. Tuttavia, riconosciamo anche che l'attività di ASGM si verifica frequentemente ai tropici, dove la struttura della chioma e l'abbondanza relativa dell'area fogliare esposta variano ampiamente. L'importanza relativa dei percorsi di deposizione del mercurio in questi ecosistemi non è stata quantificata chiaramente, specialmente per le foreste vicine alle fonti di emissione di mercurio, la cui intensità è raramente osservata nelle foreste boreali. Pertanto, in questo studio, ci poniamo le seguenti domande: (1) Come funzionano le concentrazioni di mercurio elementare gassoso ei percorsi di deposizione variano in base alla vicinanza dell'ASGM e dell'indice di area fogliare della chioma regionale?(2) L'accumulo di mercurio nel suolo è correlato agli input atmosferici?(3) Esistono prove di un elevato bioaccumulo di mercurio negli uccelli canori che vivono nelle foreste vicino all'ASGM?Questo studio è il primo a esaminare gli input di deposizione di mercurio vicino all'attività ASGM e in che modo la copertura del baldacchino si correla con questi modelli e il primo a misurare le concentrazioni di metilmercurio (MeHg) nel paesaggio dell'Amazzonia peruviana. Abbiamo misurato il GEM nell'atmosfera e le precipitazioni totali, la penetrazione, il totale mercurio e metilmercurio nelle foglie, nella lettiera e nel suolo nelle foreste e negli habitat deforestati lungo un tratto di 200 chilometri del fiume Madre de Dios nel Perù sudorientale. Abbiamo ipotizzato che la vicinanza all'ASGM e alle città minerarie che bruciano l'amalgama Hg-oro sarebbe stata la più importante fattori che determinano le concentrazioni di mercurio nell'atmosfera (GEM) e la deposizione di mercurio umido (precipitazioni elevate).Poiché la deposizione secca di mercurio (penetrazione + lettiera) è correlata a tree struttura della chioma,21,24 ci aspettiamo anche che le aree boschive abbiano input di mercurio maggiori rispetto alle aree deforestate adiacenti, il che, dato l'alto indice di superficie fogliare e il potenziale di cattura del mercurio, un punto è particolarmente preoccupante. Foresta amazzonica intatta. Abbiamo inoltre ipotizzato che la fauna che vivevano nelle foreste vicino alle città minerarie avevano livelli di mercurio più elevati rispetto alla fauna che viveva lontano dalle aree minerarie.
Le nostre indagini si sono svolte nella provincia di Madre de Dios, nell'Amazzonia peruviana sudorientale, dove più di 100.000 ettari di foresta sono stati disboscati per formare ASGM3 alluvionale adiacente e talvolta all'interno di terre protette e riserve nazionali. Oro artigianale e su piccola scala l'estrazione mineraria lungo i fiumi in questa regione dell'Amazzonia occidentale è aumentata notevolmente nell'ultimo decennio25 e si prevede che aumenterà con i prezzi elevati dell'oro e una maggiore connettività ai centri urbani tramite le autostrade transoceaniche Le attività continueranno 3.Abbiamo selezionato due siti senza alcuna attività mineraria (Boca Manu e Chilive , rispettivamente a circa 100 e 50 km da ASGM) – di seguito denominati “siti remoti” – e tre siti all'interno dell'area mineraria – di seguito denominati “siti remoti sito minerario” (Fig. 2A). Due dei siti minerari i siti si trovano nella foresta secondaria vicino alle città di Boca Colorado e La Bellinto, e un sito minerario si trova in una foresta intatta e secolare sul Los Amigos Conservation Concessione. Si noti che nelle miniere della miniera di Boca Colorado e Laberinto, si verificano frequentemente vapori di mercurio rilasciati dalla combustione dell'amalgama mercurio-oro, ma la posizione e la quantità esatte sono sconosciute poiché queste attività sono spesso informali e clandestine;combineremo estrazione mineraria e mercurio La combustione delle leghe è denominata collettivamente "attività ASGM". In ogni sito, abbiamo installato campionatori di sedimenti sia nella stagione secca che in quella piovosa nelle radure (aree di deforestazione completamente prive di piante legnose) e sotto le chiome degli alberi (foreste aree) per un totale di tre eventi stagionali (ciascuno della durata di 1-2 mesi) ) La deposizione umida e la caduta di penetrazione sono state raccolte separatamente e sono stati installati campionatori d'aria passivi nello spazio aperto per raccogliere GEM. L'anno successivo, sulla base dell'elevata deposizione tassi misurati nel primo anno, abbiamo installato collettori su sei appezzamenti forestali aggiuntivi a Los Amigos.
Le mappe dei cinque punti di campionamento sono mostrate come cerchi gialli. Due siti (Boca Manu, Chilive) si trovano in aree lontane dall'estrazione dell'oro artigianale e tre siti (Los Amigos, Boca Colorado e Laberinto) si trovano in aree interessate dall'estrazione mineraria , con le città minerarie mostrate come triangoli blu. L'illustrazione mostra una tipica area remota boscosa e deforestata interessata dall'attività mineraria. In tutte le figure, la linea tratteggiata rappresenta la linea di demarcazione tra i due siti remoti (a sinistra) e i tre siti interessati dall'attività mineraria ( a destra).B Concentrazioni di mercurio elementare gassoso (GEM) in ciascun sito nelle stagioni della stagione secca 2018 (n = 1 campione indipendente per sito; simboli quadrati) e della stagione umida (n = 2 campioni indipendenti; simboli quadrati).C Concentrazioni totali di mercurio nelle precipitazioni raccolte nelle aree forestali (boxplot verde) e deforestazione (boxplot marrone) durante la stagione secca del 2018. Per tutti i boxplot, le linee rappresentano le mediane, i riquadri mostrano Q1 e Q3, i baffi rappresentano 1,5 volte l'intervallo interquartile (n =5 campioni indipendenti per sito forestale, n = 4 campioni indipendenti per campione di sito di deforestazione).D Concentrazioni totali di mercurio nelle foglie raccolte dalla chioma di Ficus insipida e Inga feuillei durante la stagione secca nel 2018 (asse sinistro;simboli quadrati verde scuro e triangolo verde chiaro, rispettivamente) e da lettiera sfusa a terra (asse destro; simboli cerchio verde oliva). I valori sono mostrati come media e deviazione standard (n = 3 campioni indipendenti per sito per foglie vive, n = 1 campione indipendente per lettiera).E Concentrazioni totali di mercurio nel terriccio (top 0-5 cm) raccolte nelle aree forestali (boxplot verde) e deforestazione (boxplot marrone) durante la stagione secca del 2018 (n = 3 campioni indipendenti per sito ).I dati per le altre stagioni sono mostrati nella Figura 1.S1 e S2.
Le concentrazioni atmosferiche di mercurio (GEM) erano in linea con le nostre previsioni, con valori elevati intorno all'attività dell'ASGM, in particolare intorno alle città che bruciano amalgama Hg-oro, e valori bassi in aree lontane dalle aree minerarie attive (Fig. 2B). aree remote, le concentrazioni di GEM sono inferiori alla concentrazione di fondo media globale nell'emisfero meridionale di circa 1 ng m-326. Al contrario, le concentrazioni di GEM in tutte e tre le miniere erano 2-14 volte superiori a quelle delle miniere remote e le concentrazioni nelle miniere vicine ( fino a 10,9 ng m-3) erano paragonabili a quelli nelle aree urbane e urbane e talvolta superavano quelli negli Stati Uniti, nelle zone industriali in Cina e Corea 27. Questo modello GEM a Madre de Dios è coerente con la combustione dell'amalgama di mercurio e oro come la principale fonte di mercurio atmosferico elevato in questa remota regione amazzonica.
Mentre le concentrazioni di GEM nelle radure monitoravano la vicinanza alle miniere, le concentrazioni totali di mercurio nelle cascate che penetravano dipendevano dalla vicinanza alla struttura mineraria e della volta forestale. Questo modello suggerisce che le concentrazioni di GEM da sole non predicono dove verrà depositato un alto mercurio nel paesaggio. Abbiamo misurato il più alto concentrazioni di mercurio nelle foreste mature intatte all'interno dell'area mineraria (Fig. 2C). Los Amigos Conservation Conservation ha avuto le concentrazioni medie più alte di mercurio totale nella stagione secca (intervallo: 18-61 ng L-1) riportate in letteratura ed era comparabile a livelli misurati in siti contaminati dall'estrazione di cinabro e dalla combustione industriale del carbone.Differenza, 28 a Guizhou, Cina. A nostra conoscenza, questi valori rappresentano i flussi di mercurio massimi annuali calcolati utilizzando le concentrazioni di mercurio della stagione secca e umida e i tassi di precipitazione (71 µg m-2 anno-1; Tabella supplementare 1). Gli altri due siti minerari non presentavano livelli elevati di mercurio totale rispetto ai siti remoti (range: 8-31 ng L-1; 22-34 µg m-2 yr-1). Ad eccezione di Hg, solo alluminio e il manganese aveva una produttività elevata nell'area mineraria, probabilmente a causa del disboscamento legato all'estrazione mineraria;tutti gli altri elementi principali e in traccia misurati non variavano tra le aree minerarie e remote (File di dati supplementari 1), un risultato coerente con la dinamica del mercurio fogliare 29 e la combustione dell'amalgama ASGM, piuttosto che la polvere nell'aria, come principale fonte di mercurio nella caduta penetrante .
Oltre a fungere da adsorbenti per il particolato e il mercurio gassoso, le foglie delle piante possono assorbire e integrare direttamente il GEM nei tessuti30,31. Infatti, nei siti vicini all'attività dell'ASGM, i rifiuti sono una delle principali fonti di deposizione di mercurio. Concentrazioni medie di Hg (0,080 –0,22 µg g−1) misurato nelle foglie della chioma vivente di tutti e tre i siti minerari ha superato i valori pubblicati per le foreste temperate, boreali e alpine in Nord America, Europa e Asia, così come altre foreste amazzoniche in Sud America, situato in Sud America.Aree remote e sorgenti puntiformi vicine 32, 33, 34.Le concentrazioni sono paragonabili a quelle riportate per il mercurio fogliare nelle foreste miste subtropicali in Cina e nelle foreste atlantiche in Brasile (Fig. 2D)32,33,34.Seguendo il modello GEM, il più alto le concentrazioni totali di mercurio nei rifiuti sfusi e nelle foglie delle chiome sono state misurate nelle foreste secondarie all'interno dell'area mineraria. Tuttavia, i flussi di mercurio di scarto stimati erano più alti nella foresta primaria intatta della miniera di Los Amigos, probabilmente a causa della maggiore massa di rifiuti. Abbiamo moltiplicato i precedenti riportato l'Amazzonia peruviana 35 dall'Hg misurato nella lettiera (media tra le stagioni umide e secche) (Fig. 3A). Questo input suggerisce che la vicinanza alle aree minerarie e alla copertura arborea contribuiscono in modo significativo ai carichi di mercurio nell'ASGM in questa regione.
I dati sono mostrati nella foresta A e nell'area di deforestazione B. Le aree disboscate di Los Amigos sono radure di stazioni di campo che costituiscono una piccola porzione del territorio totale. I flussi sono indicati con frecce ed espressi come µg m-2 anno-1. Per il 0-5 cm superiori di terreno, le pozze sono rappresentate da cerchi ed espresse in μg m-2. La percentuale rappresenta la percentuale di mercurio presente nella vasca o flusso sotto forma di metilmercurio. Concentrazioni medie tra le stagioni secche (2018 e 2019) e le stagioni delle piogge (2018) per il mercurio totale attraverso precipitazioni, precipitazioni voluminose e rifiuti, per stime in aumento dei carichi di mercurio. I dati sul metilmercurio si basano sulla stagione secca del 2018, l'unico anno per cui sono stati misurati. Vedere "Metodi" per informazioni sul calcolo del pooling e del flusso.C Relazione tra concentrazione totale di mercurio e indice di area fogliare in otto appezzamenti di Los Amigos Conservation Conservation, sulla base della regressione ordinaria dei minimi quadrati.D Relazione tra concentrazione totale di mercurio nelle precipitazioni e totAl concentrazione di mercurio nel suolo superficiale per tutti e cinque i siti nelle regioni forestali (cerchi verdi) e deforestazione (triangoli marroni), secondo la normale regressione dei minimi quadrati (le barre di errore mostrano la deviazione standard).
Utilizzando i dati a lungo termine delle precipitazioni e dei rifiuti, siamo stati in grado di scalare le misurazioni della penetrazione e del contenuto di mercurio dei rifiuti dalle tre campagne per fornire una stima del flusso annuale di mercurio atmosferico per la Los Amigos Conservation Concession (penetrazione + quantità di rifiuti + precipitazioni) per una stima preliminare. Abbiamo scoperto che i flussi di mercurio atmosferico nelle riserve forestali adiacenti all'attività di ASGM erano più di 15 volte superiori rispetto alle aree deforestate circostanti (137 contro 9 µg Hg m-2 anno-1; Figura 3 A, B). Questo preliminare la stima dei livelli di mercurio a Los Amigos supera i flussi di mercurio precedentemente segnalati vicino a fonti puntuali di mercurio nelle foreste del Nord America e dell'Europa (ad es. combustione del carbone) ed è paragonabile ai valori della Cina industriale 21,36. Tutto sommato, circa 94 La % della deposizione totale di mercurio nelle foreste protette di Los Amigos è prodotta dalla deposizione secca (penetrazione + lettiera – precipitazione mercurio), un contributo molto superiore a quello della maggior parte degli altrist paesaggi in tutto il mondo. Questi risultati evidenziano livelli elevati di mercurio che entra nelle foreste per deposizione secca da ASGM e l'importanza della volta della foresta nella rimozione del mercurio derivato dall'ASGM dall'atmosfera. Prevediamo che il modello di deposizione di Hg altamente arricchito osservato nelle aree boschive vicino all'ASGM l'attività non è esclusiva del Perù.
Al contrario, le aree deforestate nelle aree minerarie hanno livelli di mercurio più bassi, principalmente a causa di forti precipitazioni, con scarso apporto di mercurio a causa della caduta e dei rifiuti. Le concentrazioni di mercurio totale nei sedimenti sfusi nell'area mineraria erano paragonabili a quelle misurate nelle aree remote (Fig. 2C ). Le concentrazioni medie (intervallo: 1,5–9,1 ng L-1) di mercurio totale nelle precipitazioni all'ingrosso della stagione secca erano inferiori ai valori precedentemente riportati negli Adirondacks di New York37 ed erano generalmente inferiori a quelle nelle remote regioni amazzoniche38. Pertanto, l'immissione di precipitazione di massa di Hg è stata inferiore (8,6-21,5 µg Hg m-2 anno-1) nell'area deforestata adiacente rispetto al GEM, ai modelli di concentrazione delle gocce e dei rifiuti del sito minerario e non riflette la vicinanza all'estrazione mineraria .Poiché l'ASGM richiede la deforestazione,2,3 le aree disboscate in cui sono concentrate le attività minerarie hanno input di mercurio inferiori dalla deposizione atmosferica rispetto alle aree boschive vicine, sebbene i rilasci diretti non atmosferici di ASGM (come uns fuoriuscite di mercurio elementare o sterili) è probabile che siano molto elevate.Alto 22.
I cambiamenti nei flussi di mercurio osservati nell'Amazzonia peruviana sono determinati da grandi differenze all'interno e tra i siti durante la stagione secca (foresta e deforestazione) (Fig. 2). bassi flussi di mercurio durante la stagione delle piogge (Figura 1 supplementare). Questa differenza stagionale (Figura 2B) potrebbe essere dovuta alla maggiore intensità dell'estrazione mineraria e alla produzione di polvere nella stagione secca. L'aumento della deforestazione e la riduzione delle precipitazioni durante le stagioni secche possono aumentare la polvere produzione, aumentando così la quantità di particelle atmosferiche che assorbono il mercurio. La produzione di mercurio e polvere durante la stagione secca può contribuire ai modelli di flusso di mercurio all'interno della deforestazione rispetto alle aree boschive della Los Amigos Conservation Concession.
Poiché gli input di mercurio dall'ASGM nell'Amazzonia peruviana vengono depositati negli ecosistemi terrestri principalmente attraverso le interazioni con la volta della foresta, abbiamo testato se una maggiore densità della chioma degli alberi (cioè, indice di area fogliare) porterebbe a maggiori input di mercurio. Nella foresta intatta di Los Amigos Concessione di conservazione, abbiamo raccolto il calo delle gocce da 7 appezzamenti forestali con diverse densità della chioma. Abbiamo scoperto che l'indice di area fogliare era un forte predittore dell'immissione totale di mercurio durante la caduta e la concentrazione media totale di mercurio durante la caduta aumentava con l'indice di area fogliare (Fig. 3C ).Molte altre variabili influenzano anche l'immissione di mercurio attraverso la caduta, tra cui l'età delle foglie34, la rugosità delle foglie, la densità stomatica, la velocità del vento39, la turbolenza, la temperatura e i periodi di pre-essiccazione.
Coerentemente con i tassi di deposizione di mercurio più elevati, il terriccio (0-5 cm) del sito forestale di Los Amigos aveva la più alta concentrazione totale di mercurio (140 ng g-1 nella stagione secca del 2018; Fig. 2E). Inoltre, le concentrazioni di mercurio erano arricchito sull'intero profilo del suolo verticale misurato (intervallo 138–155 ng g-1 a una profondità di 45 cm; Figura 3 supplementare). L'unico sito che ha mostrato elevate concentrazioni di mercurio nel suolo durante la stagione secca del 2018 era un sito di deforestazione vicino una città mineraria (Boca Colorado). In questo sito, abbiamo ipotizzato che le concentrazioni estremamente elevate possano essere dovute alla contaminazione localizzata del mercurio elementare durante la fusione, poiché le concentrazioni non sono aumentate in profondità (> 5 cm). La frazione di deposizione atmosferica di mercurio la perdita di fuoriuscita dal suolo (cioè il mercurio rilasciato nell'atmosfera) a causa della copertura della chioma può anche essere molto più bassa nelle aree boschive rispetto alle aree deforestate40, suggerendo che una percentuale significativa di mercurio viene depositata per la conservazione.L'area rimane nel suolo. Le pozze di mercurio totale del suolo nella foresta primaria della Los Amigos Conservation Conservation erano 9100 μg Hg m-2 entro i primi 5 cm e oltre 80.000 μg Hg m-2 entro i primi 45 cm.
Poiché le foglie assorbono principalmente il mercurio atmosferico, piuttosto che il mercurio del suolo,30,31 e quindi trasportano questo mercurio nel suolo cadendo, è possibile che l'alto tasso di deposizione di mercurio guidi i modelli osservati nel suolo. Abbiamo trovato una forte correlazione tra il totale medio concentrazioni di mercurio nel terriccio e concentrazioni totali di mercurio in tutte le aree forestali, mentre non vi era alcuna relazione tra il mercurio nel terriccio e le concentrazioni totali di mercurio nelle forti precipitazioni nelle aree deforestate (Fig. 3D). Modelli simili erano evidenti anche nella relazione tra le pozze di mercurio nel terriccio e flussi totali di mercurio nelle aree boschive, ma non nelle aree di deforestazione (pozze di mercurio nel terriccio e precipitazioni totali flussi di mercurio totali).
Quasi tutti gli studi sull'inquinamento da mercurio terrestre associato all'ASGM sono stati limitati alle misurazioni del mercurio totale, ma le concentrazioni di metilmercurio determinano la biodisponibilità del mercurio e il successivo accumulo ed esposizione di nutrienti.Negli ecosistemi terrestri, il mercurio è metilato dai microrganismi in condizioni anossiche41,42, quindi è generalmente si crede che i suoli degli altipiani abbiano concentrazioni più basse di metilmercurio. Tuttavia, per la prima volta, abbiamo registrato concentrazioni misurabili di MeHg nei suoli amazzonici vicino agli ASGM, suggerendo che elevate concentrazioni di MeHg si estendono oltre gli ecosistemi acquatici e negli ambienti terrestri all'interno di queste aree interessate dall'ASGM , comprese quelle sommerse durante la stagione delle piogge.Suolo e quelli che rimangono asciutti tutto l'anno. Le più alte concentrazioni di metilmercurio nel terriccio durante la stagione secca del 2018 si sono verificate in due aree boschive della miniera (Boca Colorado e Los Amigos Reserve; 1,4 ng MeHg g−1, 1,4% Hg come MeHg e 1,1 ng MeHg g−1, rispettivamente, a 0,79% Hg (come MeHg).Poiché queste percentuali di mercurio sotto forma di metilmercurio sono paragonabili ad altre località terrestri in tutto il mondo (Figura 4 supplementare), le alte concentrazioni di metilmercurio sembrano essere dovuto all'elevato apporto di mercurio totale e all'elevato stoccaggio del mercurio totale nel suolo, piuttosto che alla conversione netta del mercurio inorganico disponibile in metilmercurio (Figura 5 supplementare).I nostri risultati rappresentano le prime misurazioni del metilmercurio nei suoli vicino all'ASGM nell'Amazzonia peruviana. Secondo altri studi hanno riportato una maggiore produzione di metilmercurio nei paesaggi allagati e aridi43,44 e ci aspettiamo concentrazioni di metilmercurio più elevate nelle vicine foreste stagionali e nelle zone umide permanenti che subisconocarichi di mercurio simili.Sebbene metilmercurio Resta da determinare se vi sia un rischio di tossicità per la fauna terrestre vicino alle attività di estrazione dell'oro, ma queste foreste vicine alle attività di ASGM possono essere punti caldi per il bioaccumulo di mercurio nelle reti alimentari terrestri.
L'implicazione più importante e nuova del nostro lavoro è documentare il trasporto di grandi quantità di mercurio nelle foreste adiacenti all'ASGM. I nostri dati suggeriscono che questo mercurio è disponibile e si muove attraverso le reti alimentari terrestri. Inoltre, quantità significative di mercurio sono immagazzinati nella biomassa e nel suolo ed è probabile che vengano rilasciati con il cambiamento dell'uso del suolo4 e gli incendi boschivi45,46. L'Amazzonia peruviana sudorientale è uno degli ecosistemi più biologicamente diversificati di taxa di vertebrati e insetti sulla Terra. Elevata complessità strutturale all'interno di antichi tropicali intatti le foreste promuovono la biodiversità degli uccelli48 e forniscono nicchie per un'ampia gamma di specie forestali49.Di conseguenza, oltre il 50% dell'area di Madre de Dios è designata come terra protetta o riserva nazionale50.Pressione internazionale per controllare l'attività illegale di ASGM nel La Riserva Nazionale di Tambopata è cresciuta in modo significativo negli ultimi dieci anni, portando a un'importante azione di contrasto (Operación Mercurio) da parte del governo peruvianonel 2019. Tuttavia, i nostri risultati suggeriscono che la complessità delle foreste che sono alla base della biodiversità amazzonica rende la regione altamente vulnerabile al carico e allo stoccaggio di mercurio in paesaggi con maggiori emissioni di mercurio legate all'ASGM, portando a flussi globali di mercurio attraverso l'acqua.La misurazione della quantità più alta riportata si basa sulle nostre stime preliminari di elevati flussi di mercurio nei rifiuti nelle foreste intatte vicino all'ASGM. Mentre le nostre indagini si sono svolte nelle foreste protette, il modello di immissione e ritenzione elevata di mercurio si applicherebbe a qualsiasi foresta primaria di vecchia crescita vicino all'attività ASGM, comprese le zone cuscinetto, quindi questi risultati sono coerenti con le foreste protette e non protette.Le foreste protette sono simili. Pertanto, i rischi dell'ASGM per i paesaggi di mercurio non sono solo legati all'importazione diretta di mercurio attraverso emissioni atmosferiche, sversamenti e sterili, ma anche alla capacità del paesaggio di catturare, immagazzinare e convertire il mercurio in una maggiore biodisponibilità le forme.relativo al potenziale.metilmercurio, che mostra effetti differenziali sulle pozze di mercurio globali e sulla fauna terrestre a seconda della copertura forestale vicino all'estrazione mineraria.
Sequestrando il mercurio atmosferico, le foreste intatte vicino all'estrazione dell'oro artigianale e su piccola scala possono ridurre i rischi di mercurio per gli ecosistemi acquatici vicini e i serbatoi di mercurio atmosferico globale. Se queste foreste vengono ripulite per attività minerarie o agricole espanse, il mercurio residuo può essere trasferito dalla terra all'acqua ecosistemi attraverso incendi boschivi, fuga e/o deflusso45, 46, 51, 52, 53. Nell'Amazzonia peruviana vengono utilizzate annualmente circa 180 tonnellate di mercurio in ASGM54, di cui circa un quarto viene emesso in atmosfera55, vista la Concessione di Conservazione a Los Amigos. Questa area è circa 7,5 volte la superficie totale della terra protetta e delle riserve naturali nella regione di Madre de Dios (circa 4 milioni di ettari), che ha la percentuale più grande di terra protetta in qualsiasi altra provincia peruviana, e queste vaste aree forestali intatte.Parzialmente al di fuori del raggio di deposizione dell'ASGM e del mercurio. Pertanto, il sequestro del mercurio nelle foreste intatte non è sufficiente per impedire al mercurio derivato dall'ASGM di entrare nelle pozze di mercurio atmosferico regionali e globali, suggerendo l'importanza di ridurre le emissioni di mercurio dell'ASGM. Il destino di grandi quantità di il mercurio immagazzinato nei sistemi terrestri è ampiamente influenzato dalle politiche di conservazione. Le decisioni future su come gestire le foreste intatte, specialmente nelle aree vicine all'attività dell'ASGM, hanno quindi implicazioni per la mobilitazione e la biodisponibilità del mercurio ora e nei prossimi decenni.
Anche se le foreste potessero sequestrare tutto il mercurio rilasciato nelle foreste tropicali, non sarebbe una panacea per l'inquinamento da mercurio, poiché anche le reti alimentari terrestri potrebbero essere vulnerabili al mercurio. Sappiamo molto poco delle concentrazioni di mercurio nel biota all'interno di queste foreste intatte, ma queste prima le misurazioni dei depositi di mercurio terrestre e del metilmercurio nel suolo suggeriscono che alti livelli di mercurio nel suolo e alti livelli di metilmercurio possono aumentare l'esposizione a coloro che vivono in queste foreste.Rischi per i consumatori ad alto grado nutrizionale.I dati di studi precedenti sul bioaccumulo di mercurio terrestre nelle foreste temperate hanno scoperto che le concentrazioni di mercurio nel sangue negli uccelli sono correlate con le concentrazioni di mercurio nei sedimenti e gli uccelli canori che mangiano cibi derivati interamente dalla terra possono mostrare concentrazioni di mercurio Aumentato 56,57. È associata un'elevata esposizione al mercurio negli uccelli canori con prestazioni e successo riproduttivi ridotti, sopravvivenza della prole ridotta, sviluppo alterato, cambiamenti comportamentali, stress fisiologico e mortalità58,59. Se questo modello vale per l'Amazzonia peruviana, gli elevati flussi di mercurio che si verificano nelle foreste intatte potrebbero portare a concentrazioni di mercurio elevate negli uccelli e in altri biota, con possibili effetti negativi. Ciò è particolarmente preoccupante perché la regione è un hotspot di biodiversità globale60. Questi risultati sottolineano l'importanza di impedire che l'estrazione dell'oro artigianale e su piccola scala abbia luogo all'interno delle aree protette nazionali e delle zone cuscinetto circostanti loro.Formalizzazione delle attività ASGMes15,16 può essere un meccanismo per garantire che le terre protette non siano sfruttate.
Per valutare se il mercurio depositato in queste aree boschive sta entrando nella rete alimentare terrestre, abbiamo misurato le penne della coda di diversi uccelli canori residenti dalla Riserva di Los Amigos (interessata dall'attività mineraria) e dalla stazione biologica di Cocha Cashu (vecchi uccelli non interessati).concentrazione totale di mercurio. foresta di crescita), a 140 km dal nostro sito di campionamento più a monte di Bokamanu. Per tutte e tre le specie in cui sono stati campionati più individui in ciascun sito, Hg era elevato negli uccelli di Los Amigos rispetto a Cocha Cashu (Fig. 4). Questo il pattern persisteva indipendentemente dalle abitudini alimentari, poiché il nostro campione includeva la Myrmotherula axillaris anti-mangiatrice del sottobosco, la Phlegopsis nigromaculata anti-mangiatrice seguita dalle formiche e la mangiatore di frutta Pipra fasciicauda (1,8 [n = 10] vs. 0,9 μg g− 1 [n = 2], 4,1 [n = 10] contro 1,4 μg g-1 [n = 2], 0,3 [n = 46] contro 0,1 μg g-1 [n = 2]). Dei 10 Phlegopsis nigromaculata individui campionati a Los Amigos, 3 hanno superato EC10 (concentrazione efficace per una riduzione del 10% del successo riproduttivo), 3 hanno superato EC20, 1 hanno superato EC30 (vedi criteri EC in Evers58) e nessun individuo Cocha Qualsiasi specie di Cashu supera EC10. risultati, con concentrazioni medie di mercurio 2-3 volte superiori negli uccelli canori provenienti da foreste protette adiacenti all'attività di ASGM,e concentrazioni individuali di mercurio fino a 12 volte superiori, sollevano preoccupazioni sul fatto che la contaminazione da mercurio da ASGM possa entrare nelle reti alimentari terrestri.grado di notevole preoccupazione. Questi risultati sottolineano l'importanza di prevenire l'attività di ASGM nei parchi nazionali e nelle zone cuscinetto circostanti.
I dati sono stati raccolti presso le concessioni di conservazione di Los Amigos (n = 10 per Myrmotherula axillaris [sottobosco invertivore] e Phlegopsi nigromaculata [invertivore che segue la formica], n = 46 per Pipra fasciicauda [frugivore]; simbolo del triangolo rosso) e località remote a Cocha Stazione biologica di Kashu (n = 2 per specie; simboli del cerchio verde). È stato dimostrato che le concentrazioni effettive (EC) riducono il successo riproduttivo del 10%, 20% e 30% (vedi Evers58). Foto di uccelli modificate da Schulenberg65.
Dal 2012, l'estensione dell'ASGM nell'Amazzonia peruviana è aumentata di oltre il 40% nelle aree protette e di 2,25 o più nelle aree non protette. L'uso continuo del mercurio nell'estrazione dell'oro artigianale e su piccola scala può avere effetti devastanti sulla fauna selvatica che abitano queste foreste. Anche se i minatori smettono immediatamente di utilizzare il mercurio, gli effetti di questo contaminante nel suolo possono durare per secoli, con il potenziale di aumentare le perdite dovute alla deforestazione e agli incendi boschivi61,62. Pertanto, l'inquinamento da mercurio da ASGM potrebbe avere una lunga durata gli effetti sul biota delle foreste intatte adiacenti all'ASGM, i rischi attuali e futuri dovuti ai rilasci di mercurio nelle foreste secolari con il più alto valore di conservazione.e riattivazione per massimizzare il potenziale di contaminazione. La nostra scoperta che il biota terrestre può essere a rischio considerevole di contaminazione da mercurio da ASGM dovrebbe fornire ulteriore slancio per sforzi continui per ridurre i rilasci di mercurio da ASGM. Questi sforzi includono una varietà di approcci, dalla cattura relativamente semplice del mercurio sistemi di distillazione a investimenti economici e sociali più impegnativi che ufficializzeranno l'attività e ridurranno gli incentivi economici per ASGM illegali.
Abbiamo cinque stazioni entro 200 km dal fiume Madre de Dios. Abbiamo selezionato i siti di campionamento in base alla loro vicinanza all'attività intensiva di ASGM, a circa 50 km tra ciascun sito di campionamento, accessibile attraverso il fiume Madre de Dios (Fig. 2A). Abbiamo abbiamo selezionato due siti privi di attività mineraria (Boca Manu e Chilive, rispettivamente a circa 100 e 50 km da ASGM), di seguito denominati “siti remoti”. Abbiamo selezionato tre siti all'interno dell'area mineraria, di seguito denominati “Siti Minerari”, due siti minerari nella foresta secondaria vicino alle città di Boca Colorado e Laberinto e un sito minerario nella foresta primaria intatta. Concessioni di protezione di Los Amigos. Si prega di notare che nei siti di Boca Colorado e Laberinto in questa area mineraria, i vapori di mercurio rilasciati dalla combustione l'amalgama di mercurio e oro è un evento frequente, ma la posizione e l'importo esatti sono sconosciuti poiché queste attività sono spesso illegali e clandestine;combineremo estrazione mineraria e mercurio La combustione delle leghe è denominata collettivamente "attività ASGM". Durante la stagione secca 2018 (luglio e agosto 2018) e la stagione delle piogge 2018 (dicembre 2018) nelle radure (aree di deforestazione completamente prive di piante legnose) e sotto le chiome degli alberi (aree forestali), noi campionatori di sedimenti sono stati installati in cinque siti e nel gennaio 2019) per raccogliere rispettivamente la deposizione umida (n = 3) e la caduta di penetrazione (n = 4). I campioni di precipitazione sono stati raccolti durante quattro settimane nel stagione secca e da due a tre settimane nella stagione delle piogge. Durante il secondo anno di campionamento della stagione secca (luglio e agosto 2019), abbiamo installato collettori (n = 4) in sei appezzamenti forestali aggiuntivi a Los Amigos per cinque settimane, in base al alti tassi di deposizione misurati nel primo anno, ci sono un totale di 7 appezzamenti forestali e 1 appezzamento di deforestazione per Los Amigos. La distanza tra i lotti era compresa tra 0,1 e 2,5 km. Abbiamo raccolto un waypoint GPS per appezzamento utilizzando un GPS Garmin portatile.
Abbiamo distribuito campionatori d'aria passivi per il mercurio in ciascuna delle nostre cinque sedi durante la stagione secca 2018 (luglio-agosto 2018) e la stagione delle piogge 2018 (dicembre 2018-gennaio 2019) per due mesi (PAS). È stato distribuito un campionatore PAS per sito durante la stagione secca e due campionatori PAS sono stati utilizzati durante la stagione delle piogge. Il PAS (sviluppato da McLagan et al. 63) raccoglie il mercurio elementare gassoso (GEM) mediante diffusione passiva e adsorbimento su un assorbente di carbonio impregnato di zolfo (HGR-AC) tramite una barriera alla diffusione di Radiello©. La barriera alla diffusione dei PAS funge da barriera al passaggio di specie gassose organiche di mercurio;pertanto, solo GEM viene adsorbito al carbonio 64. Abbiamo utilizzato fascette di plastica per fissare il PAS a un palo a circa 1 m dal suolo. Tutti i campionatori sono stati sigillati con parafilm o conservati in sacchetti di plastica a doppio strato richiudibili prima e dopo l'implementazione. raccolto sul campo in bianco e in bianco da viaggio PAS per valutare la contaminazione introdotta durante il campionamento, la conservazione sul campo, la conservazione in laboratorio e il trasporto del campione.
Durante la distribuzione di tutti e cinque i siti di campionamento, abbiamo posizionato tre collettori di precipitazione per l'analisi del mercurio e due collettori per altre analisi chimiche e quattro collettori pass-through per l'analisi del mercurio nel sito di deforestazione.collettore e due collettori per altre analisi chimiche. I collettori sono a un metro di distanza l'uno dall'altro. Si noti che mentre abbiamo un numero consistente di collettori installati in ogni sito, durante alcuni periodi di raccolta abbiamo campioni di dimensioni inferiori a causa di inondazioni del sito, umano interferenze con i collettori e guasti di collegamento tra i tubi e le bottiglie di raccolta. In ogni foresta e sito di deforestazione, un collettore per l'analisi del mercurio conteneva una bottiglia da 500 ml, mentre l'altro conteneva una bottiglia da 250 ml;tutti gli altri raccoglitori per analisi chimiche contenevano una bottiglia da 250 ml. Questi campioni sono stati tenuti refrigerati fino al congelatore, quindi spediti negli Stati Uniti in ghiaccio e quindi mantenuti congelati fino all'analisi. Il raccoglitore per l'analisi del mercurio è costituito da un imbuto di vetro passato attraverso un nuovo tubo in polimero a blocchi di stirene-etilene-butadiene-stirene (C-Flex) con un nuovo flacone in polietilene tereftalato ester copoliestere glicole (PETG) con un anello che funge da blocco del vapore. Al momento della distribuzione, tutti i flaconi in PETG da 250 ml sono stati acidificati con 1 ml di acido cloridrico di qualità metallica (HCl) e tutte le bottiglie in PETG da 500 ml sono state acidificate con 2 ml di acido cloridrico di qualità metallica in tracce. Il collettore per altre analisi chimiche è costituito da un imbuto di plastica collegato a una bottiglia di polietilene tramite il nuovo tubo C-Flex con un anello che funge da blocco del vapore. Tutti gli imbuti di vetro, gli imbuti di plastica e le bottiglie di polietilene sono stati lavati con acido prima della distribuzione. Abbiamo raccolto campioni utilizzando il protocollo mani pulite e sporche (metodo EPA 1669), mantenuto samil più freddo possibile fino al ritorno negli Stati Uniti, quindi conservare i campioni a 4°C fino all'analisi. Studi precedenti che utilizzano questo metodo hanno mostrato recuperi del 90-110% per i bianchi di laboratorio al di sotto del limite di rilevamento e dei picchi standard37.
In ciascuno dei cinque siti, abbiamo raccolto foglie come foglie a baldacchino, campioni di foglie prelevati, lettiera fresca e lettiera sfusa utilizzando il protocollo mani pulite-mani sporche (metodo EPA 1669). Tutti i campioni sono stati raccolti con una licenza di raccolta da SERFOR , Perù, e importato negli Stati Uniti con una licenza di importazione USDA. Abbiamo raccolto foglie di baldacchino da due specie di alberi presenti in tutti i siti: una specie di albero emergente (Ficus insipida) e un albero di medie dimensioni (Inga feuilleei). Abbiamo raccolto foglie dalle chiome degli alberi usando la fionda Notch Big Shot durante la stagione secca 2018, la stagione delle piogge 2018 e la stagione secca 2019 (n = 3 per specie). Abbiamo raccolto campioni di foglie (n = 1) raccogliendo foglie da ogni appezzamento da rami a meno di 2 m dal suolo durante la stagione secca 2018, la stagione delle piogge 2018 e la stagione secca 2019. Nel 2019, abbiamo anche raccolto campioni di foglie (n = 1) da 6 appezzamenti forestali aggiuntivi a Los Amigos. Abbiamo raccolto lettiera fresca ("lettiera sfusa") in cestini rivestiti in rete di plastica(n = 5) durante la stagione delle piogge del 2018 in tutti e cinque i siti forestali e durante la stagione secca del 2019 nella parcella di Los Amigos (n = 5). Si noti che mentre abbiamo installato un numero consistente di cesti in ogni sito, durante alcuni periodi di raccolta , la dimensione del nostro campione era inferiore a causa dell'allagamento del sito e dell'interferenza umana con i collettori. Tutti i cestini della spazzatura sono collocati entro un metro dal collettore d'acqua. Abbiamo raccolto rifiuti sfusi come campioni di lettiera a terra durante la stagione secca 2018, la stagione delle piogge 2018 e durante la stagione secca del 2019. Durante la stagione secca del 2019, abbiamo anche raccolto una grande quantità di rifiuti in tutti i nostri appezzamenti di Los Amigos. Abbiamo refrigerato tutti i campioni di foglie fino a quando non potevano essere congelati utilizzando un congelatore, quindi spediti negli Stati Uniti con ghiaccio, e poi conservato congelato fino alla lavorazione.
Abbiamo raccolto campioni di suolo in triplicato (n = 3) da tutti e cinque i siti (aperto e a baldacchino) e dal lotto di Los Amigos durante la stagione secca 2019 durante tutti e tre gli eventi stagionali. Tutti i campioni di suolo sono stati raccolti entro un metro dal collettore delle precipitazioni. abbiamo raccolto campioni di terreno come terriccio sotto lo strato di lettiera (0–5 cm) utilizzando un campionatore di terreno. Inoltre, durante la stagione secca del 2018, abbiamo raccolto carote di terreno profonde fino a 45 cm e le abbiamo divise in cinque segmenti di profondità. raccogliamo solo un profilo del suolo perché la falda freatica è vicina alla superficie del suolo. Abbiamo raccolto tutti i campioni utilizzando il protocollo Clean Hand-Dirty Hand (Metodo EPA 1669). Abbiamo refrigerato tutti i campioni di suolo finché non potevano essere congelati utilizzando un congelatore, quindi spediti in ghiaccio negli Stati Uniti, quindi conservato congelato fino alla lavorazione.
Usa i nidi di nebbia fissati all'alba e al tramonto per catturare gli uccelli durante i momenti più freddi della giornata. Nella riserva di Los Amigos, abbiamo posizionato cinque nidi di nebbia (1,8 × 2,4) in nove posizioni. Alla stazione biologica di Cocha Cashu, ne abbiamo posizionati 8 a 10 nidi di nebbia (12 x 3,2 m) in 19 posizioni. In entrambi i siti, abbiamo raccolto la prima piuma centrale della coda di ogni uccello o, in caso contrario, la piuma successiva più antica. Conserviamo le piume in sacchetti Ziploc puliti o buste di manila con silicone. registrazioni fotografiche e misurazioni morfometriche per identificare le specie secondo Schulenberg65. Entrambi gli studi sono stati supportati da SERFOR e autorizzazione dell'Animal Research Council (IACUC). Quando abbiamo confrontato le concentrazioni di Hg nelle piume degli uccelli, abbiamo esaminato quelle specie le cui piume sono state raccolte presso la Los Amigos Conservation Concession e la Stazione Biologica Cocha Cashu (Myrmotherula axillaris, Phlegopsis nigromaculata, Pipra fasciicauda).
Per determinare il Leaf Area Index (LAI), i dati lidar sono stati raccolti utilizzando il GatorEye Unmanned Aerial Laboratory, un sistema aereo senza pilota a fusione di sensori (vedi www.gatoreye.org per i dettagli, disponibile anche utilizzando il link "2019 Peru Los Friends" June" ) 66. Il lidar è stato raccolto a Los Amigos Conservation Conservation nel giugno 2019, con un'altitudine di 80 m, una velocità di volo di 12 m/s e una distanza di 100 m tra rotte adiacenti, quindi il tasso di copertura della deviazione laterale ha raggiunto 75 %. La densità dei punti distribuiti sul profilo verticale della foresta supera i 200 punti per metro quadrato. L'area di volo si sovrappone a tutte le aree di campionamento a Los Amigos durante la stagione secca del 2019.
Abbiamo quantificato la concentrazione totale di Hg dei GEM raccolti con PAS mediante spettroscopia di desorbimento termico, fusione e assorbimento atomico (metodo USEPA 7473) utilizzando uno strumento Hydra C (Teledyne, CV-AAS). Abbiamo calibrato CV-AAS utilizzando il National Institute of Standards e tecnologia (NIST) Materiale di riferimento standard 3133 (soluzione standard Hg, 10,004 mg g-1) con un limite di rilevamento di 0,5 ng Hg. Abbiamo eseguito la verifica della calibrazione continua (CCV) utilizzando NIST SRM 3133 e standard di controllo qualità (QCS) utilizzando NIST 1632e (carbone bituminoso, 135,1 mg g-1). Abbiamo diviso ciascun campione in una barca diversa, lo abbiamo posizionato tra due strati sottili di polvere di carbonato di sodio (Na2CO3) e lo abbiamo ricoperto con un sottile strato di idrossido di alluminio (Al(OH) 3) polvere67. Abbiamo misurato il contenuto totale di HGR-AC di ciascun campione per rimuovere eventuali disomogeneità nella distribuzione di Hg nel sorbente di HGR-AC. Pertanto, abbiamo calcolato la concentrazione di mercurio per ciascun campione in base alla somma del mercurio totale misurato da ogni nave e ilintero contenuto di sorbente HGR-AC nel PAS. Dato che un solo campione PAS è stato raccolto da ciascun sito per le misurazioni della concentrazione durante la stagione secca 2018, il controllo e l'assicurazione della qualità del metodo sono stati eseguiti raggruppando i campioni con i bianchi delle procedure di monitoraggio, gli standard interni e la matrice -criteri abbinati. Durante la stagione delle piogge 2018, abbiamo ripetuto le misurazioni dei campioni PAS. I valori sono stati considerati accettabili quando la differenza percentuale relativa (RPD) del CCV e le misurazioni degli standard abbinati alla matrice erano entrambe entro il 5% dell'accettabile valore e tutti i bianchi procedurali erano al di sotto del limite di rilevamento (BDL). Abbiamo corretto il mercurio totale in bianco misurato in PAS utilizzando le concentrazioni determinate dal campo e dai vuoti di viaggio (0,81 ± 0,18 ng g-1, n = 5). Abbiamo calcolato GEM concentrazioni utilizzando la massa totale di mercurio adsorbito corretta in bianco divisa per il tempo di dispiegamento e la velocità di campionamento (quantità di aria per rimuovere il mercurio gassoso per unità di tempo;0,135 m3 giorno-1)63,68, corretto per temperatura e vento da World Weather Online Misurazioni medie di temperatura e vento ottenute per la regione di Madre de Dios68. L'errore standard riportato per le concentrazioni GEM misurate si basa sull'errore di uno standard esterno eseguire prima e dopo il campione.
Abbiamo analizzato campioni d'acqua per il contenuto totale di mercurio mediante ossidazione con cloruro di bromo per almeno 24 ore, seguita da riduzione del cloruro stannoso e analisi di spurgo e trappola, spettroscopia di fluorescenza atomica a vapore freddo (CVAFS) e separazione gascromatografica (GC) (metodo EPA) 1631 dell'analizzatore di mercurio totale automatico Tekran 2600, Rev. E). Abbiamo eseguito il CCV sui campioni della stagione secca 2018 utilizzando standard di mercurio acquoso certificati Ultra Scientific (10 μg L-1) e la verifica della calibrazione iniziale (ICV) utilizzando materiale di riferimento certificato NIST 1641D (mercurio nell'acqua, 1,557 mg kg-1)) con un limite di rilevamento di 0,02 ng L-1. Per i campioni della stagione delle piogge 2018 e della stagione secca 2019, abbiamo utilizzato il Brooks Rand Instruments Total Mercury Standard (1,0 ng L-1 ) per la calibrazione e CCV e il multielemento SPEX Centriprep per spettrometria di massa al plasma ad accoppiamento induttivo (ICP-MS) per soluzione ICV standard 2 A con un limite di rilevamento di 0,5 ng L-1. Tutti gli standard sono stati recuperati entro il 15% dei valori accettabili. Campod bianchi, bianchi di digestione e bianchi analitici sono tutti BDL.
Abbiamo liofilizzato campioni di terreno e foglie per cinque giorni. Abbiamo omogeneizzato i campioni e li abbiamo analizzati per il mercurio totale mediante decomposizione termica, riduzione catalitica, fusione, desorbimento e spettroscopia di assorbimento atomico (metodo EPA 7473) su un analizzatore di mercurio diretto Milestone (DMA -80). Per i campioni della stagione secca 2018, abbiamo eseguito i test DMA-80 utilizzando NIST 1633c (ceneri volanti, 1005 ng g-1) e il materiale di riferimento certificato dal National Research Council of Canada MESS-3 (sedimento marino, 91 ng g -1).Calibrazione.Abbiamo utilizzato NIST 1633c per CCV e MS e MESS-3 per QCS con un limite di rilevamento di 0,2 ng Hg. Per i campioni della stagione delle piogge 2018 e della stagione secca 2019, abbiamo calibrato il DMA-80 utilizzando il Brooks Rand Instruments Total Mercury Standard (1,0 ng L-1). Abbiamo utilizzato il materiale di riferimento standard NIST 2709a (suolo di San Joaquin, 1100 ng g-1) per CCV e MS e DORM-4 (proteina di pesce, 410 ng g-1) per QCS con un limite di rilevamento di 0,5 ng Hg. Per tutte le stagioni, abbiamo analizzato tutti i campioni in duplicato e abbiamo accettato valori quando l'RPD tra i due campioni era entro il 10%. I recuperi medi per tutti gli standard e i picchi di matrice erano entro il 10% dei valori accettabili e tutti i bianchi erano BDL.Tutte le concentrazioni riportate sono peso secco.
Abbiamo analizzato il metilmercurio in campioni d'acqua di tutte e tre le attività stagionali, campioni di foglie della stagione secca 2018 e campioni di suolo di tutte e tre le attività stagionali. Abbiamo estratto campioni d'acqua con acido solforico in tracce per almeno 24 ore, 69 foglie digerite con 2 % di idrossido di potassio in metanolo per almeno 48 ore a 55°C per almeno 70 ore e terreno digerito mediante microonde con acido HNO3 di grado metallico in tracce71,72.Abbiamo analizzato i campioni della stagione secca 2018 mediante etilazione dell'acqua utilizzando tetraetilborato di sodio, spurgo e trappola e CVAFS su uno spettrometro Tekran 2500 (metodo EPA 1630). Abbiamo utilizzato gli standard MeHg del laboratorio accreditato Frontier Geosciences e il QCS dei sedimenti utilizzando ERM CC580 per la calibrazione e CCV con un limite di rilevamento del metodo di 0,2 ng L-1. Abbiamo analizzato i campioni della stagione secca 2019 utilizzando tetraetilborato di sodio per l'etilazione dell'acqua, lo spurgo e la trappola, CVAFS, GC e ICP-MS su un Agilent 770 (metodo EPA 1630)73. Abbiamo utilizzato Standard di metilmercurio Brooks Rand Instruments (1 ng L-1) per calibrazione e CCV con un limite di rilevamento del metodo di 1 pg. Tutti gli standard sono stati recuperati entro il 15% dei valori accettabili per tutte le stagioni e tutti i bianchi erano BDL.
Presso il nostro laboratorio di tossicologia del Biodiversity Institute (Portland, Maine, USA), il limite di rilevamento del metodo era 0,001 μg g-1. Abbiamo calibrato il DMA-80 utilizzando DOLT-5 (fegato di pescecane, 0,44 μg g-1), CE-464 (5,24 μg g-1) e NIST 2710a (terreno del Montana, 9,888 μg g-1). Utilizziamo DOLT-5 e CE-464 per CCV e QCS. I recuperi medi per tutti gli standard erano entro il 5% dei valori accettabili e tutti i bianchi erano BDL.Tutti i replicati erano entro il 15% RPD.Tutte le concentrazioni di mercurio totale riportate nelle piume sono in peso fresco (fw).
Utilizziamo filtri a membrana da 0,45 μm per filtrare campioni d'acqua per ulteriori analisi chimiche. Abbiamo analizzato campioni d'acqua per anioni (cloruro, nitrato, solfato) e cationi (calcio, magnesio, potassio, sodio) mediante cromatografia ionica (metodo EPA 4110B) [USEPA, 2017a] utilizzando un cromatografo ionico Dionex ICS 2000. Tutti gli standard sono stati recuperati entro il 10% dei valori accettabili e tutti i bianchi erano BDL. Usiamo il Thermofisher X-Series II per analizzare gli elementi in traccia nei campioni di acqua mediante spettrometria di massa al plasma accoppiato induttivamente.Strumento gli standard di calibrazione sono stati preparati mediante diluizione seriale dello standard per l'acqua certificato NIST 1643f. Tutti gli spazi bianchi sono BDL.
Tutti i flussi e le piscine riportati nel testo e nelle figure utilizzano valori di concentrazione medi per le stagioni secche e piovose. Per le stime delle piscine e dei flussi (flussi annui medi per entrambe le stagioni) vedere la tabella supplementare 1 utilizzando le concentrazioni minime e massime misurate durante il stagioni secche e piovose. Abbiamo calcolato i flussi di mercurio delle foreste dalla concessione di conservazione di Los Amigos come input di mercurio sommato attraverso le gocce e i rifiuti. Abbiamo calcolato i flussi di mercurio dalla deforestazione dalla deposizione di mercurio delle precipitazioni alla rinfusa. Utilizzando misurazioni giornaliere delle precipitazioni da Los Amigos (raccolte come parte dell'EBLA e disponibile presso ACCA su richiesta), abbiamo calcolato che la piovosità media cumulativa annuale nell'ultimo decennio (2009-2018) è di circa 2500 mm yr-1. Si noti che nell'anno solare 2018, la piovosità annuale è vicina a questa media ( 2468 mm), mentre i mesi più piovosi (gennaio, febbraio e dicembre) rappresentano circa la metà delle precipitazioni annuali (1288 mm di 2468 mm).Pertanto utilizziamo la media delle concentrazioni della stagione umida e secca in tutti i calcoli del flusso e della piscina. Questo ci consente anche di considerare non solo la differenza di precipitazioni tra la stagione umida e quella secca, ma anche la differenza dei livelli di attività dell'ASGM tra queste due stagioni. i valori della letteratura dei flussi di mercurio annuali riportati dalle foreste tropicali variano tra le concentrazioni di mercurio in espansione dalle stagioni secche e piovose o solo dalle stagioni secche, quando confrontiamo i nostri flussi calcolati con i valori della letteratura, confrontiamo direttamente i nostri flussi di mercurio calcolati, mentre un altro studio ha prelevato campioni sia nella stagione secca che in quella umida, e ha ristimato i nostri flussi utilizzando solo le concentrazioni di mercurio nella stagione secca quando un altro studio ha prelevato campioni solo nella stagione secca (es. 74).
Per determinare il contenuto totale annuo di mercurio delle precipitazioni, delle precipitazioni alla rinfusa e dei rifiuti a Los Amigos, abbiamo utilizzato la differenza tra la stagione secca (media di tutti i siti di Los Amigos nel 2018 e 2019) e la stagione delle piogge (media del 2018) totale medio concentrazione di mercurio. Per le concentrazioni totali di mercurio in altre località, sono state utilizzate le concentrazioni medie tra la stagione secca del 2018 e la stagione delle piogge del 2018. Per i carichi di metilmercurio, abbiamo utilizzato i dati della stagione secca del 2018, l'unico anno per il quale è stato misurato il mercurio. Per stimare i flussi di mercurio della lettiera, abbiamo utilizzato le stime della letteratura sui tassi di lettiera e sulle concentrazioni di mercurio raccolte dalle foglie nei cestini della spazzatura a 417 g m-2 anno-1 nell'Amazzonia peruviana. Per la piscina di Hg nel suolo nei 5 cm superiori del suolo, abbiamo utilizzato le concentrazioni di Hg nel suolo totale misurate (stagioni secche 2018 e 2019, stagione delle piogge 2018) e MeHg nella stagione secca 2018, con una densità apparente stimata di 1,25 g cm-3 nell'Amazzonia brasiliana75. Possiamo solo pEsegui questi calcoli di budget nel nostro sito di studio principale, Los Amigos, dove sono disponibili set di dati sulle precipitazioni a lungo termine e dove la struttura forestale completa consente l'uso di stime dei rifiuti raccolte in precedenza.
Elaboriamo le linee di volo lidar utilizzando il flusso di lavoro di post-elaborazione multiscala GatorEye, che calcola automaticamente la nuvola di punti pulita unita e i prodotti raster, inclusi i modelli di elevazione digitale (DEM) con una risoluzione di 0,5 × 0,5 m. Abbiamo utilizzato DEM e le nuvole di punti lidar pulite (WGS-84, UTM 19S Meters) come input per il flusso di lavoro GatorEye Leaf Area Density (G-LAD), che calcola stime calibrate dell'area fogliare per ciascun voxel (m3) ( m2) attraverso il terreno nella parte superiore della chioma con una risoluzione di 1 × 1 × 1 m e il LAI derivato (somma di LAD all'interno di ciascuna colonna verticale 1 × 1 m). Viene quindi estratto il valore LAI di ciascun punto GPS tracciato.
Abbiamo eseguito tutte le analisi statistiche utilizzando il software statistico R versione 3.6.176 e tutte le visualizzazioni utilizzando ggplot2. Abbiamo eseguito test statistici utilizzando un alfa di 0,05. La relazione tra due variabili quantitative è stata valutata utilizzando la normale regressione dei minimi quadrati. Abbiamo eseguito confronti tra i siti utilizzando il metodo test di Kruskal non parametrico e test di Wilcox a coppie.
Tutti i dati inclusi in questo manoscritto possono essere trovati nelle Informazioni supplementari e nei file di dati associati. La Conservación Amazónica (ACCA) fornisce dati sulle precipitazioni su richiesta.
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Tempo di pubblicazione: 24-febbraio-2022