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從《水俁公約》細說汞污染(上):工、礦業開發 大幅破壞自然界汞平衡

2013年10月24日
作者:黃教彥(內華達大學博士後研究員);編審:趙家緯(綠色公民行動聯盟理事)

編按:聯合國10月10日在日本熊本市簽署《水俁公約》國際條約,140多個國家同意以法律公約,規定控制汞在一系列產品中的使用,也為工業活動產生的汞排放設下限制。

當時環保署表示,我國對汞的管制已與先進國家並駕齊驅,但事實是否真的如此呢?汞對環境和人類的危害,是否只要在產品中禁用汞,就解決了呢?汞,這個看不見也聞不到的毒物,到底又存在於何處?

流動的金屬

汞(Mercury)的化學元素符號「Hg」是從拉丁文Hydr(水)argros(銀)演變而來,也就是一般人所稱的水銀。其同位素分佈範圍為196-204,在自然界中以200Hg(23.1%)及202Hg(29.9%)的比例最高。

環境中的汞可以存在於大氣、水圈、土壤和生物體當中。大氣中的汞大多為元素汞(>90%),其餘為無機汞(硫化汞、氯化汞、溴化汞、氧化汞)和有機汞(甲基汞、二甲基汞);在水圈中,汞大多以無機汞的形式存在,但部分的無機汞可以被轉換成有機汞;在土壤中,元素汞、無機汞與有機汞三者的比例和土壤成份有關;生物體內的汞則多以有機汞的生物累積形式存在著。

歷史記載西方鍊金師認為汞是金屬第一物質,古代東方煉丹師更佐以硃砂(硫化汞)等物質用以延年益壽。然而這個觀念到了20世紀有了極大的改變。

1956年的跳舞病──水俁病

水俁病的新生兒受害者。1932年,日本化學公司Chisso公司在水俁市(Minamata)1年生產210噸的乙醛,1951時產量提高到每年6,000噸,1960年更是達到45,245噸的生產高峰。製程中使用硫化汞當做催化劑,因此大量的汞被排放至水俁市附近的海域。排放至海洋後,硫化汞反應轉變形成有機態──甲基汞,開始海洋生物中累積,進而累積到陸地上的生物體內。1952年水俁市有5萬多隻家貓發足狂奔,甚至投海自殺,不明就裡的當地居民以「跳舞病」稱之,到了1956年,第一例水俁病確立,從而開啟人體汞健康危害的科學研究。

甲基汞會損害成人、孩童及新生兒的神經系統,影響語言能力、聽力和視力。新生兒接觸到的甲基汞主要來自母親在懷孕時間食用含甲基汞的海鮮;人類主要經由呼吸道和肺部接觸到元素汞,對人體的影響主要為顫抖、情緒改變、失眠、肌肉退化及頭痛等;無機汞則是主要影響人體的消化系統、神經系統及腎臟。

目前人體實驗還未發現汞及其化合物跟任何癌症相關,不過在兔子及老鼠的動物實驗中,已經發現氯化汞及甲基汞會增加腫瘤的生成。

汞的運用及排放源

汞的使用主要可以分成元素態和化合物兩種;以元素態(金屬)的使用包含金銀礦的萃取、鹼氯工廠催化劑、電極電鍍設備、日光燈管、溫度計、壓力計及汞齊(汞合金)補牙;汞化合物則多以氧化態存在,主要有水銀電池、抗菌消毒劑、及實驗室中的使用。然而一般生活中的汞排放量甚小,主要的影響還是礦業及工業製造過程中在環境中增加的汞濃度。

大氣中主要的汞排放源可分為自然排放源(2000噸/年)、人為污染源(1200~2000噸/年),及二次排放源(汞沉降後至地面或海洋而重回大氣中約2000噸/年)。主要的自然排放源包括火山噴發和森林大火等;根據聯合國的調查,主要人為排放源有化石燃料燃燒、礦業、金屬及水泥製造。根據台灣環保署的推估,目前台灣大氣汞排放量約為1.5噸/年,其中以燃煤火力電廠、焚化爐、水泥產業、電弧爐及火葬場為主。

根據冰核中的汞沉積分析,這些人為污染源的排放量大多數在工業革命後(19世紀中葉)大量增加,反映出4次全球大規模的火山爆發與跟18世紀中葉的淘金熱;而二次世界大戰後人為汞排放的劇烈增加則是由於製造業和經濟的快速發展,造成能源需求增加所致。

1970年歐美等國家注意到大氣污染與健康風險之間的關係,並開始推動相關法規,如潔淨空氣法(Clean Air Act)。雖然前期未針對汞排放進行管制,但藉由其它空氣污染控制設備,亦對大氣中的汞排放量有所改善,所以20世紀末的汞排放呈現下降趨勢。

2010全球大氣汞人為排放分佈圖3,顏色越偏深紅色表示排放量越高。

2010全球大氣汞人為排放分佈圖,顏色越偏深紅色表示排放量越高。

21世紀初的大氣汞排放上升主要歸咎於亞洲(中國與印度)的經濟發展。根據聯合國2010年的數據(如上圖),目前全球大氣中人為的汞排放主要集中在東亞地區(約為50~60%),其中以中國及印度的排放量最大,排放類別主要為化石燃料燃燒及淘金活動;東南亞的主要排放類別則為礦業開採;西非及南美的高排放區域主要是淘金活動。而其中亞洲的排放量從1990年的800噸/年攀升到2005年的1200噸/年,是唯一的主要增量區域。

然而如同上述,工業革命之後大氣汞的人為排放大量增加,也破壞了汞在自然界中的平衡(如下圖)。在工業革命之前,環境中的汞處於低量平衡,大部分的汞多儲存於較深層的地殼;工業革命之後,因為大量化石燃料燃燒,大氣中的汞增加了3倍,這個增量造成大氣汞大量沉降在表土和海洋,外加人類大量開採礦石(金、銀)及化石燃料,加速汞從深層地殼升至地表的過程,使得表土跟海洋的含汞量在短短的100多年間增加約10%;更使得生物體中的汞含量明顯提高。

工業革命之前(上圖)與工業革命之後(下圖),汞在自然界中循環的改變;單位為百萬莫耳/年。

工業革命之前(上圖)與工業革命之後(下圖),汞在自然界中循環的改變;單位為百萬莫耳/年。

聯合國評估,即便大氣汞的排放受到限制,環境中的汞含量也不可能在短時間下降,大氣汞濃度有10年到數10年的延遲反應過程,而對水體和生物體內的汞含量來說,這段時間可能需要數10年至百年之久。(系列報導,繼續閱讀下篇

【細說汞污染】(上)(下)

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