Miten Talvivaaran alapuolisten vesien kaloihin voi joutua elohopeaa?

Talvivaaran päästöjen sulfaatit parantavat sulfaattibakteerien oloja. Tästä aiheutuu vaara, että ne voivat muuttaa elohopeaa vaaralliseksi metyylielohopeaksi. Laakajärvestä on useasti kalastettu laihoja kaloja, joista on analysoitu hämmästyttävän suuria elohopeapitoisuuksia. Joidenkin kalojen kohdalla elohopeapitoisuus on ollut niin suuri, että kalan käyttö ihmisravinnoksi ei enää olisi sallittua. Olisiko suuri metyylielohopean määrä sulfaattia pelkistävien bakteereiden tekoa? 

Talvivaara ja eräät muutkin kaivokset laskevatlähivesiinsä niin suuria määriä sulfaattia (tarkemmin dinatriumsulfaattia), että vesiin lasketun jäteveden ominaispaino on paljon suurempi kuin normaalin järviveden. Laskettu jätevesi valuu siksi ensin lähijärvien syvänteisiin, mutta sitten vähitellen raskas jätevesi ulottuu lähes pintaan asti osin sekoittuen sadeveteen. Painava pohjalla makaava jätevesi ei enää sekoitu täyskierron voimasta keväisin ja syksyisin eikä mikään mukaan voima enää pysty tuomaan happea tähän veteen. Talvivaaran alapuolella Kalliojärvi, Salminen, Ylä-Lumijärvi, Kalliojärvi, Kivijärvi (edit, lisätty listaan 15.10.) ja nyt viimeiseksi Kolmisoppi ovat menettäneet täyskierron. Ovatko suuret Laakajärvi ja Jormasjärvi seuraavana vuorossa?

Koska kalat ja monet muut eliöt tarvitsevat happea, niitä on vain täyskierron menettäneissä järvissä pintavedessä ja paikoissa, joihin virtaa puhdasta hapekasta vettä ojista, puroista ja joista. Joskus väitetään tällaisen järven olevan kuollut. Elämä on kuitenkin syntynyt anaerobisena eli hapettomiin oloihin sopeutuneena, joten täyskierron menetys ei sentään merkitse täydellistä kuolemaa. Täyskierron menetys merkitsee jopa eräille eliöille uutta mahdollisuutta. Eräs Talvivaaran sulfaateista hyötyvä eliöryhmä on sulfaattia pelkistävien bakteereiden ryhmä, joka evoluutiossa on vanha ryhmä.

Sulfaattia pelkistävät bakteerit

Sulfaattia pelkistävät bakteerit ovat suuri ja moninainen ryhmä hapettomissa oloissa eläviä bakteereita. Niitä voidaan eristää kaikista ilmastoista varsinkin vesistöjen pohjalietteistä mutta myös maasta, soista ja mm. jätevesistä. Ne pystyvät käyttämään sulfaattia samaan tarkoitukseen, mihin ihmiset käyttävät happea hengityksessä. Mikrobiologit puhuvat dissimilatoorisesta sulfaatin pelkistyksestä, joka on energiahankinnan eräs erikoisuus. Sulfaatin pelkistyksen tähden ihminen on antanut tämän ryhmän bakteereille nimiä  ---

 ... kuten Desulfovibrio desulfuricans tai Desulfococcus multivorans. Nimissä siis viitataan rikin pelkistykseen, bakteereiden pilkkumaiseen tai pallomaiseen muotoon sekä kykyyn käyttää monia ravinteita. Tosin monet raskasmetalliseokset voivat myös haitata sulfaattia pelkistäviä bakteereita kuten on osoitettu seoksella:

 kadmium, kromi (Cr³⁺), kupari, lyijy, nikkeli ja sinkki (Mortonin ym. 1991) ja seoksella: kromi (Cr⁶⁺), kupari, nikkeli ja sinkki (Kieuin ym. 2011). Nähtävästi kaikki nämä bakteeritkaan eivät kestä mitä tahansa.

Vastaava raskasmetallikoktaili esiintyy Talvivaaran päästöissä, joten osalla sulfaatin pelkistäjäbakteereista voi olla vaikeuksia. Kuitenkin sulfaattia pelkistävien bakteerien ryhmä on suuri ja se on sopeutunut moniin oloihin, joten todennäköisesti osa tämän ryhmän bakteereista voi selviytyä raskasmetalleista huolimatta. Näille sulfaattia pelkistäville bakteereille voi aueta muitakin mahdollisuuksia sulfaatin likaamissa vesissä.

Sulfaattia pelkistävät bakteerit tuottavat myös metyylielohopeaa

Sulfaattia pelkistävät bakteerit voivat myös metyloida epäorgaanista elohopeaa metyylielohopeaksi, mistä viime vuosina on ilmestynyt monia julkaisuja (Harmon ym., 2004, Jeremiason ym. 2006, Han ym. 2007, Gilmour ym. 2011, Shao ym. 2012, Kampalath ym. 2013). Näissä julkaisuissa yleensä huomautetaan, että epäorgaaninen elohopea on eliöille paha myrkky, mutta sulfaattia pelkistävien bakteereiden tekemä metyylielohopea on vielä paljon pahempi myrkky. 

Metyylielohopea on erittäin vakava riski ihmiselle kalojen kautta, koska elohopea kulkeutuu nimenomaan metyylimuodossa kaloihin. Elohopeaa leviää kaikkialle maapallolle mm. ilman kautta, joten jos on sulfaattia ja sitä pelkistäviä bakteereja, on suuri todennäköisyys metyylielohopean syntyyn ja sen kulkeutumiseen edelleen kaloihin.

Soissa metyylielohopean syntymistä ovat osoittaneet Harmon ym. (2004) ja Jeremiason ym. (2006) kalankasvatuslammen liejussa Shao ym. (2012) ja merenpohjan liejussa Venetsian lahdella Han ym. (2007). Sulfaattia pelkistävät bakteerit pystyvät yksinkin metylointiin, mutta ne voivat toimia myös yhteistyössä purppurabakteereiden ja viherbakteereiden kanssa (Kampalath ym. 2013). Gilmour ym. (2011) osoittivat, että peräti noin puolet (!) heidän tutkimistaan Desulfovibrio-suvun bakteereista pystyi tuottamaan metyylielohopeaa, joten kyseessä on oltava hyvin yleinen ilmiö tällä maapallolla. Hyvin yleiseen ilmiöön viittaa myös se, että metylointia on osoitettu niin monista eri paikoista. Gilmour ym (2011) osoittivat, että metylaatiota ei voitaisi säädellä ulkoisin keinoin vaan tietty metylaatiokyky on olemassa koko ajan. Sitä miksi se tapahtuu, ei tiedetä eikä miten reaktion tekevät bakteerit itse tästä hyötyvät.

Shoan ym. (2012) tutkimuksessa metyylielohopean synty oli suurempaa, jos sulfaatin pitoisuus lampiliejussa oli 550 mg/kg ja pienempää sulfaatin pitoisuus ollessa vain 110 mg/kg. Sitä vastoin Gilmourin ym (2011) mukaan metyylielohopeaa syntyi enemmän alhaisemmassa sulfaattipitoisuudessa ja vähemmän taas isommassa sulfaattipitoisuudessa, sillä osa metyylielohopeasta muuttui elohopeasulfidiksi. Näiden kahden tutkimuksen tuloseroa voidaan ainakin selittää sillä, että tutkimuksissa käytettiin eri bakteereita ja eri olosuhteita.

Mitä tämä voisi tarkoittaa Talvivaaran ympäristössä

Talvivaara levittää vesistöihin sulfaattia runsaasti, joten sulfaattia pelkistäjien bakteereiden lisääntyminen on varmaan parantunut. Varmasti nämä bakteerit lisääntyvät entistä paremmin Talvivaaran ansiosta hapettomissa ja sulfaattipitoisissa pohjaliejuissa ja liejun sisällä olevassa vedessä. Näistä bakteereista myös osa varmasti kulkeutuu virtaavan veden mukana alapuolisiin vesiin. Kun alue on laaja ja osa vesistöstä on pieniä suolampia ja osa taas suuria järviä laajoine selkineen ja osa on virtaavia jokia, näiden vesistöjen pohjaliejujen ominaisuudet luontaisestikin vaihtelevat, joten näissä liejuissa on varmasti monia erilaisia sulfaatin pelkistykseen kykeneviä bakteereita. Tämä näiden bakteereiden moninaisuus on todennäköisesti lisääntynyt myös Talvivaaran raskasmetallipäästökoktaileista, joita on tullut sekä normaalista toiminnasta että vuodoista. Jos Talvivaaran alapuolisissa vesissä sulfaattia pelkistävistä bakteereista noin puolet pystyisi metyloimaan elohopeaa, metylointipotentiaali olisi huima.

...

Käytetty kirjallisuus

Gilmour, C. C., Elias, D. A, Kucken, A. M., Brown, S. D., Palumbo, A. V. Schadt, C. W. & Wall, J. D. 2011. Sulfate-reducing bacterium Desulfovibrio desulfuricans ND132 as a model for understanding bacterial mercury methylation. Applied and Environmental Microbiology 77:3938-3951.

Han, S., Obraztova, A., Pretto, P., Choe, K-Y., Gieskes, J., Deheyn, D. D. & Tevo, B. M. 2007. Biochemical factors affecting mercury methylation in sediments of Venice Lagoon, Italy. Environmental Toxicology and Chemistry 26: 655-663.

Harmon, S. M., King, J. K., Gladden, J. B., Chandler, G. T. & Newman, J. B. 2004. Methylmercury formation in a wetland mesocosm amended with sulfate. Environmental Science & Technology 38: 650-656.

Jeremiason, J. D., Engstrom, D.R., Swain, E. B., Nater, E. A., Johnson, B. M., Almendinger, J. E., Monson, B. A. & Kolka, B. K. 2006. Sulfate addition increases production in an experimental wetland. Environmental Science & Technology 40: 3800-2806.

Kampalath, R. A., Lin, C-C. Jay J. A. 2013. Influences of zero-valent sulfur on mercury methylation in bacterial cocultures. Water, Air and Soil Pollution 224:1399 DOI 10.1007/s11270-012-1399-7

Kieu, H. T. Q., Müller, E. & Horn, H. 2011. Heavy metal removal on anaerobic semi-continuousstirred tank reactors by a consortium of sulfate-reducing bacteria. Water Research 45: 3863-3870

Morton, R., L., Yanko, W., Graham, D.W. & Arnold, R.G. 1991. Relationships between metal concentrations and crown corrosion in Los Angeles County sewers. Research Journal of Water Pollution Control Federation. 63: 789-798

Shao, D., Kang, Y., Wu, S. & Wong, M.H. 2012. Effects of sulfate reducing bacteria and sulfate concentration on mercury methylation in freshwater sediments. Science of the Total Environment 424: 331-336.
...

Elohopeaa kertyy 'jostain syystä' arktisille alueille, mikä lisää näiden tekijöiden painoarvoa.

A Quantitative Relationship that Demonstrates Mercury Methylation Rates in Marine Sediments Are Based on the Community Composition and Activity of Sulfate-Reducing Bacteria JEFFREY K. KING,* ,†,‡ JOEL E. KOSTKA, †,§ MARC E. FRISCHER, † F. MICHAEL SAUNDERS, †,# AND RICHARD A. JAHNKE † Skidaway Institute of Oceanography, Savannah, Environmental Science & Technology 35 2491 - 2496 (2001).