コバルト（Co）の需要増加による環境への影響に関する以前の記事で説明したように、鉱物資源はコンゴ民主共和国（DRC）で何千年もの間利用されてきました。このような搾取は、高濃度の金属を含む放棄された金属含有鉱山廃棄物をもたらします。また、周囲の生態系の汚染にもつながります。
さらなる汚染と健康問題を回避するために、いくつかの銅 (Cu) 丘の自然生態系で植物安定化研究が実施され、土壌植物系における Cu と Co の移動性が評価されました。
地質学的異常による金属含有土壌は、自然に金属が豊富な岩石の風化の結果として生じます (例:この例では Cu と Co — それらを重金属と見なさないように注意してください*)。ランドスケープにおける Cu と Co の分布は、土壌の浸食や垂直移動など、さまざまなプロセスによって引き起こされます。岩石の土壌への進化は、母材の風化 (物理的および化学的変質) と土壌形成自体の 2 つの主なプロセスに依存します。
鉱物の安定性と金属の物理化学的特性は、風化プロセス中の移動性を決定します。土壌条件 (すなわち、pH、有機物含有量、金属濃度、酸化還元条件) によると、母材から放出された Cu と Co は、異なる土壌相 (固体、コロイド、および可溶性) に分布します。銅と Co の移動度は、土壌のさまざまな相の物理化学的特性にも依存します。土壌中の金属の分布は、pH、全有機炭素、全金属濃度、鉄、オキシ水酸化マンガンの影響を受けます。これらの特性と土壌成分は、土壌システムにおける化学元素の移動性と種分化を制御できます。炭酸塩、リン酸塩、オキシ水酸化鉄/マンガン、および有機炭素は、土壌中の金属の保持と放出に作用する土壌成分の一部です.
コンゴ民主共和国のカタンガ州南部には、銅鉱床とコバルト鉱床が点在しています。金属を含む岩片は通常、丘の頂上にあり、風化によって Cu や Co に富むさまざまな物質が生成され、下流の斜面の表土が汚染されます。これらのシステムでの金属移動は、微粒子、コロイド、または可溶性のいずれかの形態で発生します。植生の分布は、生物学的に利用可能な Cu および Co 形態の濃度と、それらに影響を与える化学的要因の影響を受けます。
土壌中の Cu と Co の化学的分画の多様性は、Cu と Co のバイオアベイラビリティを増減させることにより、植物種の多様性に影響を与えます。生態系における表面汚染 (自然または人為的) への岩石物質の寄与は、汚染されていない基盤と Cu-Co に富む鉱物との接触、および影響を受けた基盤の物理化学的条件下でのその後の進化に起因します。移動性と生物学的利用能に応じて、Cu と Co は土壌、水、植物、そして食物連鎖に移行する可能性があります。
カタンガのこの地域の非金属土壌は、ミオンボとして知られる森林地帯が特徴です。それらは、採掘活動に関連する自然汚染源および人為的汚染源にさらされています。この場合、汚染は、有機物 (OM) が豊富な表層または OM が少ないより深い層に影響を与える可能性があります。これらの 2 つの層の土壌と接触する Cu および Co に富む鉱物の風化は、それらの化学元素を放出し、土壌のさまざまな段階に再分配される可能性があります。このシナリオは、鉱滓廃棄物 (採掘廃棄物など) の貯蔵による母材から土壌への元素の移動の典型ですが、銅とコバルトに富む岩石の露頭の斜面で実際に起こっていることによっても起こります。銅の丘の生態系。
私たちの研究の目的は、(i) Cu と Co に富む材料と土壌の間の反応、および (ii) 自然生態系における Cu と Co の移動性に影響を与えるプロセスの理解を深めることでした。具体的な目的は、(i) Cu および Co に富む岩石の土壌汚染への潜在的な寄与を評価すること、および (ii) 土壌の特性に応じて土壌溶液に放出された Cu および Co の移動度を評価することでした。
森の土壌 (Miombo 森林地帯) に、Tenke-Fungurume (DRC) からの天然の Cu および Co の丘からの岩の破片を人工的にスパイクしたライシメーター実験が行われました。浸透水の Cu と Co の含有量が繰り返し分析され、実験の最後に岩石が土壌特性に与える影響が評価されました。
1 つの銅山で 5 つの岩石がサンプリングされました (図 1)。自然条件では、丘の頂上に位置するこれらの岩片は、崩積プロセスを通じて斜面に沿って表層の土壌層に混合されます。岩石中の Cu と Co の含有量は、それぞれ 470mg/kg (珪質岩) から 140,000mg/kg (頁岩)、450mg/kg (ドロストーン) から 5300mg/kg (頁岩) の範囲です。
岩片は、森林の下の酸 (pH 水 <4.5) アクリソルの 2 つの層 (2.7% の全有機炭素 (TOC) を含む半有機 A、および 0.3% TOC を含むミネラル B) と混合されました。混合物を 1 L のライシメーターに入れ、雨季の間、ルブンバシの生息域外条件に放置しました。その後、浸透水を 6 期間採取し、Cu と Co の含有量を分析した。実験の最後に、pH、TOC、利用可能な栄養素および微量元素、CaCl2 のために、ライシメーターから土壌を取り除きました。 -抽出可能な Cu および Co の分析。
岩石の性質に応じて、浸透溶液中の Cu と Co の放出の間に大きな違いが観察されました。放出量は、風化していない岩石の濃度と相関していました。 A 層と B 層の間でも違いが見られました。したがって、土壌の特性は岩石との反応に影響を与えます。両方の地平線の主な違いは、有機炭素含有量、陽イオン交換能力、栄養分であり、A 地平線の方が高くなっています。ただし、A 層の pH は B 層に比べて酸性です。
抽出可能な Cu と Co とそれらの浸出液の濃度との間に有意な相関関係が見つかりました。結果として、CaCl2 によって抽出される可溶性の Cu と Co 土壌中の Cu と Co の垂直移動リスク予測ツールと見なすことができます。
2 つの追加の実験は、土壌特性、主に pH と総有機物含有量が金属の溶解度と固相への収着に及ぼす影響を特徴付けるために、実験室条件下で実施されました。全体として、鉱物学は元素の供給を制御し、pH はその溶解度を制御し (図 2)、有機物はそれらの移動性を制御します。
これらの調査結果は、最近 Journal of Geochemical Exploration に掲載されたルブンバシ地域 (コンゴ民主共和国) でのライシメーター研究の結果:金属を含む生態系における銅とコバルトの移動性というタイトルの記事でさらに説明されています。 .この研究は、リエージュ大学およびルブンバシ大学のドナト・カヤ・ムユンバ、ユニラサールのオリヴィエ・ポーレとジェシカ・ボヌール、リエージュ大学のアマンディーヌ・リエナール、グレゴリー・メイ、ジル・コリネ、ルブンバシ大学のミシェル・ンゴンゴ・ルヘンブによって行われました。 .
[セパレータタイプ=”薄い”]*今年の初め、同僚のジャン=クロード・ボランジェと共に、「重金属」という用語の使用に疑問を呈し、最近では、この用語を科学文献から禁止することを提案しました。なぜですか?
1980 年、Nieboer と Richardson は、この説明のつかない用語を生物学的および化学的に重要な分類に置き換えることを提案しました。さらに、IUPAC によると、「ヘヴィメタル」という用語は、せいぜい不正確であり、最悪の場合、無意味で誤解を招くものであると考えられています。特にこの用語の標準化された定義がないため、この用語の使用は強くお勧めしません。
「重金属」という用語は、密度またはモル質量による分類に基づいています (亜鉛または銅は、ランタニドおよびアクチニドと比較して密度とモル質量が比較的小さい)。これは、汚染や潜在的な毒性に関連する金属やメタロイド (ヒ素など) のグループ名としてよく使用されます。 「重金属」リストは明確に定義されておらず、多くの場合、明確な定義なしに金属と半金属が混在しています。
最終的に、金属の毒性に関連する「重い」という軽蔑的な意味合いは、私たちの社会に恐怖を生み出しました.すべてのいわゆる「重金属」とその化合物は、比較的高い毒性を持っている可能性があります。四エチル鉛をガソリンまたは鉛塗料に添加することによるヒトの鉛曝露は、十分に文書化されています。ただし、鉛蓄電池は人間に直接的な脅威を与えることはありませんが、環境に有害な廃棄物を生成する可能性があります。
それにもかかわらず、金属は常に有毒であるとは限らず、実際に不可欠なものもあります。投与量と暴露レベル、および受容する生物/集団に応じて、金属は必須または有毒である可能性があります.米国の 5 セント硬貨に使用されていることで知られるニッケルは、地球上で最も用途の広い金属の 1 つです。ニッケルは生命に不可欠であり (一部のタンパク質において)、欠乏すると組織学的および生化学的変化と鉄吸収の減少が伴い、貧血につながる可能性があります.
一貫性を保つために、研究者は広く受け入れられている定義のみを使用する必要があります。 「重金属」の場合、この用語は「金属」、「メタロイド」、または「微量金属」に置き換える必要があります。研究対象の元素を説明する最善の方法は、それらに明確な名前を付けるか、それらを元素のグループ (金属または半金属) と見なすことです。
参考文献:
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