Mọi người đều không còn xa lạ với nhiệt kế thủy ngân, nhưng như chúng ta đã biết, thủy ngân là một loại kim loại nặng có độc tính sinh học. “Công ước Minamata về thủy ngân” cũng đã xác định rõ rằng: “Từ ngày 1 tháng 1 năm 2026, sẽ cấm sản xuất nhiệt kế thủy ngân và áp kế huyết áp chứa thủy ngân.”
Vậy vấn đề đặt ra là: Thủy ngân thực sự gây hại gì cho sinh vật? Thủy ngân tồn tại trong tự nhiên có thể bị thực vật hấp thụ hay không?
Hình ảnh từ Tuchong
01
Kẻ giết người giả mạo – Thủy ngân
Thủy ngân có các tính chất hóa học và vật lý đặc biệt; ở nhiệt độ và áp suất thường, thủy ngân là kim loại nặng duy nhất tồn tại dưới dạng lỏng, và có thể tồn tại trong khí quyển ở dạng khí đơn chất trong thời gian dài.
Trong tự nhiên, thủy ngân thuộc về các nguyên tố kim loại nặng với nồng độ rất thấp, nhưng độc tính sinh học của nó rất mạnh. Đặc biệt là methylmercury, ngay cả khi phơi nhiễm với nồng độ cực kỳ thấp của methylmercury cũng có thể gây ra độc tính sinh thái rõ rệt.
Sự kiện “bệnh Minamata” xảy ra vào những năm 60 ở Nhật Bản là một trong những vụ ngộ độc thủy ngân nghiêm trọng nhất trong lịch sử. Nhà máy đã xả thải một lượng lớn nước thải chứa thủy ngân chưa được xử lý ra vịnh Minamata, và thủy ngân trong môi trường nước đã chuyển hóa thành methylmercury cực độc, sinh ra sự phóng đại sinh học dọc theo chuỗi thức ăn, cư dân đã ăn hải sản chứa thủy ngân trong thời gian dài và trở thành nạn nhân của sự ô nhiễm methylmercury này.
Hình ảnh từ Tuchong
Thủy ngân, như một chất ô nhiễm toàn cầu, có thể di chuyển một khoảng cách dài theo dòng khí quyển. Để bảo vệ con người cũng như môi trường khỏi tác hại của ô nhiễm thủy ngân, “Công ước Minamata về thủy ngân” đã chính thức có hiệu lực từ ngày 16 tháng 8 năm 2017. Các quốc gia ký kết phải tuân thủ công ước quốc tế về thủy ngân, giảm thiểu việc sử dụng sản phẩm có chứa thủy ngân và sự phát thải thủy ngân do con người gây ra.
Tổng kho chứa thủy ngân trong khí quyển toàn cầu khoảng 5000~5500 tấn, trong đó lượng phát thải thủy ngân từ nguồn nhân tạo tương đối rõ, khoảng 2000 tấn/năm, trong khi quá trình phát thải từ nguồn tự nhiên thì còn rất nhiều không chắc chắn. Hiện tại, giới khoa học rất khó ước tính chính xác lượng phát thải này. Đặc biệt, việc trao đổi thủy ngân giữa hệ sinh thái rừng toàn cầu và khí quyển được ước tính là “-727~703 tấn/năm”, điều này khiến các nhà khoa học không thể xác định chính xác hệ sinh thái rừng là nguồn khởi đầu hay là nơi nhận thủy ngân.
Do đó, việc ước tính chính xác mối quan hệ giữa nguồn và nơi nhận thủy ngân giữa rừng và khí quyển sẽ có lợi cho việc phân chia trách nhiệm hợp lý trong quá trình thực hiện Công ước Minamata, đồng thời cung cấp hỗ trợ hợp lý cho các cuộc đàm phán thực hiện.
Ngoài việc gây hại cho người, liệu thủy ngân có thể gây hại đến thực vật?
Với câu hỏi này, nhóm nghiên cứu vòng tuần hoàn sinh địa hóa thủy ngân do nghiên cứu viên Feng Xinbin tại Viện Địa hóa học thuộc Học viện Khoa học Trung Quốc dẫn đầu đã thực hiện nghiên cứu tại rừng lá rộng thường xanh nhiệt đới ở dãy núi Ailao, tỉnh Vân Nam, nghiên cứu khả năng hấp thụ thủy ngân từ lá thực vật và vòng tuần hoàn sinh địa của thủy ngân trong rễ. Nhóm đã sử dụng đồng vị ổn định tự nhiên của thủy ngân để phân tích nguồn gốc và cơ chế di chuyển của thủy ngân trong lá và rễ thực vật, đạt được những tiến bộ nghiên cứu quan trọng.
Hầu hết các kim loại nặng có thể được hấp thụ từ đất bởi rễ thực vật, và sau đó được truyền lên qua quá trình bốc hơi và các hoạt động sinh học khác vào các mô bên trên, cuối cùng đến lá, nhưng quá trình thực vật hấp thụ thủy ngân thì khác rõ rệt.
Hình ảnh từ Tuchong
Bề mặt lá thực vật có khả năng hấp phụ thủy ngân ở dạng khí trong khí quyển, một phần thủy ngân cũng có thể đi vào bên trong lá thông qua quá trình quang hợp/ hô hấp của lỗ khí. Ngoài ra, rễ thực vật có thể hút ion thủy ngân từ đất dưới dạng dung dịch, nhưng khoảng cách truyền tải của thủy ngân sau khi được hấp thụ trong mạch dẫn của rễ là rất hạn chế, do đó không thể truyền tới phần trên mặt đất.
Do đó, nồng độ thủy ngân trong thực vật thường ở mức vài đến hàng chục ppb (10-9 gam/g), là rất ít, vì vậy không gây ra hiệu ứng độc hại cho thực vật. Tuy nhiên, trong những trường hợp đặc biệt, chẳng hạn như ở một số khu vực ô nhiễm, nồng độ thủy ngân trong thực vật có thể đạt đến hàng chục đến hàng trăm ppm (10-6 gam/g), điều này sẽ rõ rệt ảnh hưởng đến quá trình sinh lý của thực vật.
Thủy ngân trong thực vật, rốt cuộc từ đâu đến, và sẽ đi đâu?
Các đặc trưng đồng vị ổn định của thủy ngân thường được gọi là dấu vân tay sinh địa hóa của thủy ngân, vì nó giống như dấu vân tay, có thể theo dõi nguồn gốc của thủy ngân và các phản ứng đặc biệt mà nó tham gia.
Chúng ta biết rằng, nguyên tử được cấu tạo từ hạt nhân và electron ngoài hạt nhân, trong đó hạt nhân được tạo ra từ một số lượng proton và neutron nhất định. Đồng vị là những nguyên tử có cùng số proton nhưng khác nhau về số neutron. Thủy ngân trong tự nhiên có 7 đồng vị ổn định, bao gồm 196Hg, 198Hg, 199Hg, 200Hg, 201Hg, 202Hg và 204Hg.
Thủy ngân trong các đầu nguồn khác nhau trong tự nhiên thể hiện đặc điểm đồng vị khác nhau rõ rệt, điều này giúp chúng ta có thể sử dụng đồng vị thủy ngân để chỉ dẫn hiệu quả về nguồn gốc của thủy ngân.
Ví dụ, dấu vân tay đồng vị thủy ngân không phân đoạn của rễ thực vật kế thừa dấu vân tay đồng vị thủy ngân đã phân đoạn trong đất, và rõ ràng khác với phần trên mặt đất (thân cây, lá, v.v.), điều này chứng tỏ rằng thủy ngân trong rễ thực vật chủ yếu có nguồn gốc từ đất, chứ không phải do chuyển nhượng từ các tổ chức bên trên.
Khối lượng sinh khối của rễ thực vật rất lớn, có thể chiếm tới 22% toàn bộ thực vật, không chỉ có chức năng nâng đỡ thực vật mà còn đóng vai trò quan trọng trong việc vận chuyển vật chất trong thực vật. Trước đây, có quan điểm cho rằng, thủy ngân trong không khí mà lá hấp thu có thể được truyền xuống rễ thực vật. Do đó, rễ thực vật có thể là nơi nhận thủy ngân trong khí quyển quan trọng.
Hình ảnh từ Tuchong
Nghiên cứu mới nhất của Viện Địa hóa học thuộc Học viện Khoa học Trung Quốc đã chứng minh rằng rễ thực vật chủ yếu hấp thụ ion thủy ngân trong dung dịch đất thông qua lớp vỏ mỏng của rễ, một phần thủy ngân có thể truyền từ lớp vỏ tới trục giữa của rễ, điều này khiến nồng độ thủy ngân trong lớp vỏ của rễ cao gấp khoảng 6-10 lần so với nồng độ trong trục giữa của rễ, và cũng cho thấy nồng độ thủy ngân trong rễ mảnh cao hơn rõ rệt so với nồng độ trong rễ to. Việc thủy ngân đã được hấp thụ trong rễ di chuyển lên dọc theo mạch dẫn rất yếu, điều này dẫn đến nồng độ thủy ngân trong rễ bề mặt cao hơn rõ rệt so với nồng độ thủy ngân trong các lớp rễ sâu hơn.
Hơn nữa, sự chết của rễ có thể dẫn đến việc thủy ngân đã hấp thụ trong rễ được tái phát thải trở lại đất, điều này đối với thực vật là một cơ chế giải độc, trong khi đối với đất có thể dẫn đến sự tích tụ nồng độ thủy ngân tại vùng rễ.
Một thông tin thú vị: Rừng toàn cầu có thể hấp thụ một lượng lớn thủy ngân, tổng lượng thủy ngân hấp thụ mỗi năm gần bằng lượng thủy ngân do hoạt động của con người phát thải. Tuy nhiên, hiện tại, do con người thiếu nhận thức về nguồn gốc thủy ngân trong rễ và lượng thủy ngân được lưu trữ, việc ước tính rừng hấp thụ thủy ngân gặp nhiều bất định.
Nghiên cứu của Viện Địa hóa học thuộc Học viện Khoa học Trung Quốc đã xác nhận rằng nguồn gốc của thủy ngân trong rễ thực vật chủ yếu ở đất, không phải do chuyển nhượng từ phần trên mặt đất, điều này đã phủ nhận quan điểm trước đây cho rằng rễ là nơi nhận thủy ngân tối tiểu trong khí quyển, do đó rễ thực vật không nên được tính vào ước tính nguồn thủy ngân toàn cầu.
Hiện tại, chúng ta đang đối mặt với áp lực kép trong việc giảm phát thải thủy ngân và thực hiện công ước, và đang tích cực thực hiện “Công ước Minamata về thủy ngân”. Việc ban hành chính sách thực hiện và kiểm tra hiệu quả của các biện pháp giảm phát thải cần dựa trên sự hiểu biết khoa học về quy luật vòng tuần hoàn sinh địa hóa của thủy ngân toàn cầu, các nhà khoa học Trung Quốc đang tiếp tục tiến bước trên con đường khám phá sự thật này.
Bài viết được xuất bản bởi Khoa học phổ thông Trung Quốc, vui lòng ghi rõ nguồn khi trích dẫn lại.
Bài viết sử dụng hình ảnh từ thư viện bản quyền, không cho phép sao chép.
Biên tập viên | Tôn Hướng Nguyên
Tác giả | Nguyên Khải, Gia Long Ngọc, Phong Tân Bân (Viện Địa hóa học, Học viện Khoa học Trung Quốc)
Giám sát | Triển lãm Khoa học phổ thông Trung Quốc