Samband mellan kvicksilver (Hg) och organiskt material i sjövatten

Samband mellan kvicksilver (Hg) och organiskt material i sjövatten Jennie Johansson Uppsats för avläggande av kandidatexamen i naturvetenskap 15 hp Institutionen för biologi och miljövetenskap Göteborgs universitet

Sammanfattning Syfte med den här studien var att undersöka om humussyror påverkar kvicksilvermetylering utförd av sulfatreducerande bakterier i nordeuropeisk och nordamerikansk terrester, akvatisk miljö. Kvicksilver har en förmåga att lätt binda till sulfid hos organiskt material och på så vis kan metallen tas upp av sulfatreducerande bakterier. Inne i cellerna metyleras kvicksilvret och blir då mer biotillgängligt. Metylkvicksilver är toxiskt och kan bioackumuleras i näringskedjan. Anledningen bakom denna litteraturstudie var att det råder viss oenighet inom befintlig forskning gällande frågan om organiskt material påverkar kvicksilvermetylering. En mindre del av studien utgjordes av beräkningar på kvicksilvers fördelning på olika komplex i lösning. Till dessa beräkningar, som utfördes i dataprogrammet Windermere Humic Aqueous Model (WHAM), användes indata från en av de granskade artiklarna. Resultaten från WHAM blev därmed en utveckling av granskad studie och användes även för att testa dess validitet. Befintlig studie bekräftade att det råder en viss oenighet inom nuvarande forskning. I en del studier framhölls att en ökad koncentration organiskt material ledde till en ökad metylering, medan det i andra studier har visats att kvicksilvermetyleringen minskade, eller förblev opåverkad. Med WHAM visades att ca 23-24 procent av kvicksilverjonerna i lösningen band till humussyror. Sammanfattningsvis kan resultaten tolkas som att organiskt material är en faktor som i vissa fall kan påverka metylering av kvicksilver. Koncentrationen av det organiska materialet och även dess kvalitet tycktes avgöra om metyleringshastigheten ökade, minskade eller förblev oförändrad. En orsak till detta kan vara att olika tiol- och svavelgrupper associerade med humussyror kan ha olika affinitet för kvicksilver. 1

Abstract The purpose of this study was to investigate if humic acids affect mercury methylation performed by sulfate-reducing bacteria in northern European and northern American terrestrial, aquatic environments. Mercury has the ability to easily bind to sulfide in organic matter and in that way be taken up by sulfate-reducing bacteria. Within the cell, the mercury is methylated and becomes thereby more bioavailable. Methylmercury is toxic and can be bioaccumulated in the food chain. The background to this literature study was that there is a certain amount of disagreement within current research about the question if organic matter affects mercurymethylation. A smaller part of this study comprises calculations on the distribution of mercury on complexes in the solution. Data to these calculations, performed in the software Windermere Humic Aqueous Model (WHAM), were taken from one of the studied articles and was thereby used to test its validity. The current study confirmed that there is a disagreement on the subject within present research. Some of the studies showed that an increase in organic matter lead to increased methylation, while others showed that that the mercurymethylation decreased, or remained unaffected. It was shown with WHAM that about 23-24 percent of the mercury ions in the solution bond to humic acids. In conclusion the results indicate that organic matter is one factor that in some cases may affect methylation of mercury. The concentration and the quality of the organic matter seemed to determine whether the methylation rate was increased, decreased or if it remained unchanged. One reason to this can be that different thiol- and sulfate groups, associated with humic acids, could have different affinities for mercury. 2

Innehållsförteckning 1. Inledning 4 1.1 Kvicksilver 4 1.2 Kvicksilvers utsläppskällor och spridning 4 1.3 Metylkvicksilver 6 1.4 Hälsoeffekter av metylkvicksilver 6 1.5 Påverkan av organiskt material på kvicksilvermetylering 7 1.6 Befintlig studies syfte 7 2. Metod 8 2.1 Litteraturstudie 8 2.2 Beräkningar 9 3. Resultat 9 3.1 Sulfidrik miljö 9 3.1.1 Thiols in wetland interstitial waters and their role in mercury 9 and methylmercury speciation. Zhang et al. (2004) 3.1.2 Importance of Dissolved Neutral Mercury Sulfides for Methyl 10 Mercury Production in Contaminated Sediments. Drott et al. (2007) 3.1.3 Do woodfibers from pulp mill affect the distribution of total 11 and methyl mercury in river sediments? Fathi et al. (2012) 3.2 Sulfidfattig miljö 13 3.2.1 Strong Hg(II) Complexation in Municipal Wastewater 13 Effluent and Surface Waters. Hsu och Sedlak (2003) 3.2.2 Complexation of Mercury(II) in Soil Organic Matter: EXAFS 14 Evidence for Linear Two-Coordination with Reduced Sulfur Groups. Skyllberg et al. (2006b) 3.2.3 Mercury reduction and complexation by natural organic 15 matter in anoxic environments. Gu et al. (2010) 3.2.4 Competition between Disordered Iron Sulfide and Natural 16 Organic Matter Associated Thiols for Mercury(II)- An EXAFS Study. Skyllberg och Drott (2010) 3.2.5 Active transport, substrate specificity, and methylation of 16 Hg(II) in anaerobic bacteria. Schaefer et al. (2011) 3.2.6 Influence of Zero-Valent Sulfur on Mercury Methylation in 17 Bacterial Cocultures. Kampalath et al. (2012) 3.2.7 Effect of Inorganic and Organic Ligands on the 18 Bioavailability of Methylmercury as Determined by Using a mer-lux Bioreporter. Ndu et al. (2012) 3.3 WHAM 19 4. Diskussion 19 4.1 Sammanfattande diskussion sulfidrik miljö 20 4.2 Sammanfattande diskussion sulfidfattig miljö 22 4.3 Diskussion beräkningar 24 5. Slutsatser 25 Rekommendationer 25 Tackord 25 Akronym 26 Förteckning över metoder 28 Referenser 30 Bilagor 36 Bilaga 1 36 Bilaga 2 38 Bilaga 3 39 3

1. Inledning Detta avsnitt är en beskrivning av bakgrunden till befintlig studie. Förklaringar till olika förkortningar i denna rapport finns nedtecknat i Akronym och Förteckning över metoder på sidorna 23 respektive 25. 1.1 Kvicksilver Kvicksilver är en toxisk metall vars giftighet bland annat beror på ämnets kemiska form (Hites och Raff, 2012 och Lidman, 2008). Kvicksilver hör till övergångsmetallerna i det periodiska systemet, vilka karaktäriseras av sin förmåga att bilda koordinationskomplex med ligander (Zumdahl, 2009). Ligander kan definieras som joner eller molekyler som beter sig som Lewisbaser 1. Generellt har metaller en benägenhet att bilda positiva joner (katjoner) genom att avge elektroner (Zumdahl, 2009). Kvicksilverjoner är så kallade Typ II katjoner, det vill säga att de har förmåga att bilda joner med olika laddning (anges med romerska siffror) (Zumdahl, 2009). Följande elektronladdningar är vanliga för kvicksilver: Hg(0), Hg(I) (i form av Hg 2 2+ ) och Hg(II) (se Fig. 1) (Zumdahl, 2009). Dessa kan i sin tur existera i många olika former och föreningar (Hoffman et al. 2003). I atmosfären uppträder kvicksilver vanligen som Hg(0), medan tvåvärt kvicksilver (Hg(II)) dominerar i akvatisk och terrester miljö (se Fig. 1) (Zumdahl, 2009 och Hoffman et al. 2003). Den kemiska form som är vanligast förekommande i biota är den organiska föreningen metylkvicksilver (MeHg) (se Fig. 1) (Hoffman et al. 2003 och Lidman, 2008). Under syrefria förhållanden, såsom i sediment, har Hg(II) mycket hög affinitet för sulfid, varför kvicksilversulfidkomplex är den vanligaste formen av metallen i sådan miljö (se Fig. 1) (Morel et al. 2008). Kvicksilver kan även binda till hydroxid och klorid (Belzile, 2008). Specieringen av kvicksilver beror på bland annat ph, temperatur, redox, koncentration och tillgång på organiskt material (Sanei och Goodarzi, 2006; Skyllberg et al. 2006a och Eklöf et al. 2009). Kvicksilvers fördelning i miljön beror i sin tur på kvicksilverspeciens stabilitet, reaktivitet och stökiometri (Templeton et al. 2000 och Ringbom, 1963). 1.2 Kvicksilvers utsläppskällor och spridning Kvicksilver är en global förorening som finns naturligt i miljön, men vars halter ökat de senaste 200 åren till följd av mänskliga aktiviteter (Poulain och Barkay, 2013). På grund av sitt höga ångtryck (0,170 Pa vid 20 C), kan metallen lätt förgasas vilket underlättar dess spridning i miljön (Nationalencyklopedin, 2013a). De senaste årtiondena har kvicksilveremissionerna minskat, men trots detta har ackumuleringen i mark fortsatt att öka till följd av bland annat metallens persistenta egenskaper (Eklöf et al. 2009; Fitzgerald och Clarkson, 1991 och Nationalencyklopedin, 2013a). Några viktiga utsläppskällor är eller har varit avfallsförbränning, guldutvinning, pappers- och massaindustrin, klor-alkaliindustrin samt elektronikprodukter, bekämpningsmedel, batterier och termometrar (Eklöf et al. 2009 och Lidman, 2008). 1 En Lewisbas definieras som en elektronpardonator (Zumdahl, 2009). 4

Luft Hg 0 ( Hg 2+ ) Människa CH 3 HgCH 3 Fisk Vatten Akvatisk näringskedja Hg 0 Hg 2+ CH 3 Hg + CH 3 HgCH 3 Sediment Hg 0 Hg 2+ CH 3 Hg + CH 3 HgCH 3 H 2 S Organiska och oorganiska komplex HgS Organiska och oorganiska komplex CH 4 + Hg 0 Figur 1 Kvicksilvers speciering i miljön. Parentesen indikerar att den vanligast förekommande formen av kvicksilver i luft är Hg 0. Befintlig studie behandlar de reaktioner och kvicksilverspecier som är markerade med fetstil. Figuren är omritad av Madigan et al. (2000). 5

1.3 Metylkvicksilver I vatten och sediment kan Hg(II) omvandlas till metylkvicksilver (se Fig.1) (Poulain och Barkay 2013). Denna form av kvicksilver har den kemiska beteckningen CH 3 Hg + (Drott et al. 2008 och Parks et al. 2013). Koncentrationen metylerat kvicksilver styrs av produktion (metylering) av föreningen, där Hg(II) omvandlas till CH 3 Hg + och nedbrytning (demetylering) av föreningen, där CH 3 Hg + omvandlas till Hg(II) (Drott et al. 2008). Den dominerande formen av metylering är mikrobiell och sker främst i sedimentets syrefria ytskikt med hjälp av sulfatreducerande bakterier (SRB), men kan även utföras av exempelvis järnreducerande bakterier (FeRB) (Jensen och Jernelöv, 1969; Gilmour et al. 1992; Hoffman et al. 2003 och Mitchell och Gilmour, 2008). Metyleringsprocessen i SRB är en så kallad redoxreaktion 2, liksom de flesta reaktioner som används för att producera energi (Zumdahl, 2009). SRB försörjer sig 2- genom att utnyttja energiskillnaden mellan organiskt kol (elektrondonator) och SO 4 (elektronacceptor) (Canfield et al. 2005, Mitchel et al. 2008). Detta sker inuti cellen genom fosforylering, under vilken adenosindifostat (ADP) omvandlas till en mer energirik specie, kallad adenosintrifosfat (ATP) (Canfield et al. 2005). Kvicksilver är toxiskt för SRB och metyleringen fungerar som en avgiftningsmekanism, där det kvicksilver som genomgått metylering kan transporteras ut ur cellen (Madigan et al. 2000). Hur själva metyleringsprocessen går till är dock inte helt kartlagt (Skyllberg et al. 2006a). Demetylering kan i sin tur ske genom abiotiska mekanismer, exempelvis fotodegradering i ytvattnet (Deacon, 1978 och Sellers et al. 1996). Demetylering kan även orsakas av biotiska faktorer som reduktiv nedbrytning av mer-operon eller oxidativ demetylering där metylgruppen (CH - 3 ) oxideras till CO 2 (Drott et al. 2008). 1.4 Hälsoeffekter av metylkvicksilver Det kvicksilver som släpps ut i miljön är oorganiskt, men vid metylering omvandlas metallen till biotillgängligt MeHg (Poulain och Barkay 2013). MeHg kan passera biologiska membran och har en hög affinitet för fettvävnad hos djur (Ravichandran, 2003 och Wiener et al. 2003). Metallspecien är även persistent, bioackumulerande och toxisk (Fitzgerald och Clarkson 1991 och Parks et al. 2013). Den metylerade formen av metallen är ca 100 gånger giftigare än Hg(II) (Madigan et al. 2000). Människor exponeras främst för MeHg genom födointag av sötvattenslevande rovfisk (Hoffman et al. 2003; Lidman, 2008 Selin, 2009 och Hites och Raff, 2012). Det har visats att > 95 % av det kvicksilver som finns i fisk utgörs av MeHg (Porcella, 1994). I människor kan MeHg lätt transporteras över mag- och tarmkanalen, lungor och blod-hjärnbarriären (Lidman, 2008). Metylerat kvicksilver kan ge upphov till skador på nervsystem och njurar samt rubba syn- och hörselfunktioner (Hoffman et al. 2003 och Lidman, 2008). Metallen kan även överföras från moder till foster och där ge 2 En reaktion där en eller flera elektroner överförs mellan ämnen (Zumdahl, 2009). 6

upphov till funktionella och morfologiska effekter (Lidman, 2008). I värsta fall kan exponering för MeHg vara dödligt. 1.5 Påverkan av organiskt material på kvicksilvermetylering Ett sätt för atmosfäriskt kvicksilver att äntra terrestra och akvatiska system är genom torrdeposition (Hites och Raff, 2012). Det oladdade kvicksilvret i atmosfären kan även oxideras till Hg(II) och lösas i vattendroppar i moln för att sedan falla som våt nederbörd (Hoffman et al. 2003 och Nationalencyklopedin, 2013a). I terrester miljö kan kvicksilver sedan lätt binda till organiskt material i markens humuslager (Hoffman et al. 2003 och Nationalencyklopedin, 2013a). Dessa organiska metallföreningar kan sedan äntra akvatiska system via tranport med avrinningsvatten (Hoffman et al. 2003 och Nationalencyklopedin, 2013a). Löst organiskt material (DOM) definieras som kolinnehållande föreningar som kan passera ett filter med 0,1 eller 0,2 µm stora hål (Fenchel et al. 1998 och Zumdahl, 2009). Humussyror (HA) är främst refraktila rester av växtpolymerer och utgör 40-80 % av det lösta organiska kolet (DOC) i sötvatten (Fenchel et al. 1998). Generellt tenderar organiskt material att starkt binda till spårmetaller och därmed påverka specieringen av dessa (Buffle, 1988). I akvatisk miljö har detta påvisats för kvicksilver, där en positiv korrelation kunnat konstateras mellan koncentrationen DOM och koncentrationen kvicksilver bundet till detta material (Shanley et al., 2002 och Ravichandran, 2003). För att två ämnen ska kunna binda till varandra krävs att produktens fria energi är lägre än den hos reaktanterna (Zumdahl, 2009). Det har påvisats att DOM tävlar med sulfid om att binda till Hg(II) och att komplexbundet kvicksilver (RSHg-komplex) har en hög stabilitetskonstant (10 25-10 32 ) (Ravichandran, 2003 och Belzile et al. 2008). Då Hg(II) binder till organiskt material påverkas alltså dess speciering, men även dess mobilitet och giftighet (Ravichandran, 2003). Detta har visats av exempelvis Belzile et al. (2008) och Morel et al. (1998) där en positiv korrelation kunde konstaterats mellan koncentrationen kvicksilver bundet till organiskt material och koncentrationen MeHg. I andra studier, exempelvis den av Choi et al. (1998), har det dock visats att metyleringshastigheten sjunker då Hg(II) binder till organiskt material till följd av att kvicksilvret då blir mindre biotillgängligt för SRB. Det har visats att inte bara koncentrationen, utan även kvaliteten hos organiskt material påverkar dess förmåga att binda till Hg(II) (Canfield et al. 2005). Vidare tycks det finnas ett samband mellan en ökad koncentration MeHg och ett ökat sedimentdjup (Belzile et al. 2008 och Morel et al. 1998). 1.6 Befintlig studies syfte Inom befintlig forskning råder oenighet gällande påverkan av organiskt material på kvicksilvermetylering. Syfte med denna studie var därför att utreda om organiskt material påverkar SRB-inducerad kvicksilvermetylering. Befintlig undersökning är till största delen en litteraturstudie som berör nordamerikansk och nordeuropeisk terrester, akvatisk miljö. En mindre del av studien innefattar beräkningar på fördelningen av Hg(II) på olika komplex i sedimentporvatten. Dessa beräkningar utfördes i WHAM. 7

2. Metod Då befintlig undersökning delvis är en litteraturstudie, men även involverar beräkningar utförda i WHAM har metoden delats upp i två avsnitt: Litteraturstudie respektive Beräkningar. 2.1 Litteraturstudie Befintlig undersökningen är främst en litteraturstudie, där aktuell forskning inom området sammanställts och diskuterats (Werntoft, 2011). Med avseende på detta finns enbart artiklar som publicerats inom den senaste 10-årsperioden (2003-2013) presenterade i befintlig studies resultat. Sökningen efter vetenskapliga artiklar gjordes i Web of Science, en databas med tillgång till vetenskaplig litteratur från flertalet olika länder, publicerade sedan år 1900 (Lunds universitetsbibliotek, 2013 och Web of Knowledge, 2013). Själva databasen har funnits sedan 1945 och ägs av Institute for Scientific Information (Thomson Reuters, 2013 och Web of Science, 2013). Anledningen till att Web of Science användes som sökmotor i den här studien var dess stora tillgång på artiklar, samt databasens kvalitetskrav på dessa (Thomson Reuters, 2013). Sökorden som användes i olika kombinationer var: bacteria, chemical speciation, mercury, methylation, methyl mercury, organic matter, sediment, sulfur och thiols. Totalt gjordes tre sökningar. I vissa fall gav olika sökord träffar på samma artiklar, vilket hanterades enligt sökmatrisen i Bilaga 1. Bland sökträffarna gjordes ett första urval med avseende på titelns relevans. De artiklar, vars titel stämde överrens med den här studiens syfte, valdes ut. Därefter lästes de utvalda studiers sammanfattningar och slutsatser. I de fall där artiklarnas innehåll fortfarande verkade svara på den här studiens frågeställning lästes hela artikeln. Efter det gjordes ett sista urval. För att förbättra den här studiens tillförlitlighet har enbart primärkällor använts. Bilaga 1 beskriver urvalsprocessen mer ingående. Artiklar som behandlade kopplingen mellan organiskt material och kvicksilvermetylering utförd av sulfatreducerande bakterier i terrester, akvatisk miljö i Nordeuropa och Nordamerika inkluderades i studien. Då metylering rörande andra platser, marin miljö, eller järnreducerande bakterier inte omfattades av studiens frågeställning har artiklar som behandlar detta exkluderats. Av samma anledning har artiklar som behandlar demetylering eller transport av kvicksilver valts bort, även om dessa faktorer kan påverka den totala förekomsten av metylkvicksilver. Referenserna som användes i befintlig studies inledning utgörs av artiklar som översiktligt behandlar bakgrunden till frågeställningen. Som komplement till dessa har även källor i form av böcker och rapporter använts. Referenserna till inledningstexten söktes fram via sökmotorn Google, där tidigare nämnda sökord användes. Böckerna letades fram med hjälp av Göteborgs universitets bibliotekskatalog. Från sökningen efter artiklar till befintlig studie påträffades studier som inte var relevanta att presentera under resultat. Somliga av dessa har dock agerat referenser i befintlig studies inledning. 8

2.2 Beräkningar För att undersöka fördelningen av kvicksilver samt för att testa validiteten hos studien av Zhang et al. (2004) användes Windermere Humic Aqueous Model, version 7 (WHAM) (se Bilaga 2). Med detta dataprogram kan den kemiska jämviktsspecieringen 3 av olika joner i vatten beräknas (Lofts, 2006). Användning av programmet bygger på följande tre steg (Lofts, 2006): (1) skapa en inputfil, (2) köra specieringsprogrammet och (3) hämta information från outputfilen. För en mer utförlig beskrivning av metoden hänvisas till Lofts (2006). 3. Resultat I den här litteraturstudien ingår tio olika artiklar. Resultaten från befintlig studie visade att svavelinnehållande grupper hos organiskt material har hög affinitet för kvicksilver. Därför har de granskade studierna delats in i sulfidrik respektive sulfidfattig miljö. Med sulfidrik avses här den anaeroba miljön i sediment och sedimentporvatten. Miljöerna i övriga artiklar har kategoriserats som sulfidfattiga. De studier som rör sulfidrik miljö är följande: Zhang et al. (2004); Drott et al. (2007) och Fathi et al. (2012). De artiklar som behandlar sulfidfattig miljö är: Hsu och Sedlak (2003); Skyllberg et al. (2006b); Skyllberg och Drott, (2010); Gu et al. (2010); Schaefer et al. (2011); Ndu et al. (2012) och Kampalath et al. (2012). Utöver indelning med avseende på sulfidhalt delas artiklarna även in efter årtal (stigande). Avslutningsvis redovisas i detta kapitel resultaten från WHAM. 3.1 Sulfidrik miljö 3.1.1 Thiols in wetland interstitial waters and their role in mercury and methylmercury speciation. Zhang et al. (2004) I en studie av Zhang et al. (2004) undersöktes fem olika sorters tioler 4 (N-acetyl- L-cystein, tioglykolsyra, 3-mercaptopronisk syra, glutation och cystein). Syfte var att ta reda på hur dessa fördelar sig mellan sediment och vatten. Undersökningsplatserna, från vilka proven hämtades, utgjordes av tre kanadensiska våtmarker (Baie St. François, Foster s Bay och Lake 632) med olika salinitet, ph och primärproduktion. Proverna med sedimentporvatten derivatiserades med en fluorogen reagent (SPD-F), varpå tiolanalys utfördes med high-performance liquid chromatography (HPLC). Koncentrationen svavelväte (Σ[H 2 S]) i porvatten bestämdes med en Cary 50 UV-visible spektrophotometer (vid 670 nm) och löst organiskt kol (DOC) analyserades med en Shimandzu TOC-5000A carbon analyzer. Capillary gas chromatography kopplad till atomic fluorescence spectroscopy användes för att 3 Fördelningen av en kemisk substans mellan dess olika former i ett system. (Lofts, 2006) 4 Tioler är organiska funktionella grupper som innehåller en svavelatom bundet till en väteatom (R-SH) (Sadava et al. 2011). 9

bestämma totalkoncentrationerna av kvicksilver (Hg) respektive metylkvicksilver (MeHg). Med termodynamiska beräkningar visades att tiolers påverkan på kvicksilvers speciering är försumbar. Någon signifikant korrelation mellan DOC och tioler kunde heller inte observeras. Den låga påverkan av tioler ansågs vara kopplad till dess ringa förekomst samt till tiolernas låga affinitet för Hg. Sulfider har en högre kvicksilveraffinitet och resultaten visade att metallens dominerade form var Hgsulfidkomplex. Vad gäller speciering av MeHg framgick det av studien att tioler kan vara en styrande faktor. Ungefär 50 % av MeHg i gränsskiktet mellan vatten och sediment utgjordes av MeHg-sulfider (Baie St. Francois). Resterande 50 % bestod av MeHgcysteinkomplex. Vidare fann Zhang et al. (2004) att MeHg-RSH-komplex (komplexbindning med tioler) var den dominerande formen av MeHg då [RSH]>1µmol L -1. En skillnad påvisades alltså vad gällde bindning av sulfider respektive tioler till Hg 2+, där sulfider dominerade. Även i fråga om bindning av sulfider respektive tioler till MeHg + kunde en skillnad visas. I detta fall var sulfidkomplex också den dominerande specien. 3.1.2 Importance of Dissolved Neutral Mercury Sulfides for Methyl Mercury Production in Contaminated Sediments. Drott et al. (2007) I en studie av Drott et al. (2007) undersöktes specieringen av Hg(II) i sedimentporvatten i förhållande till [MeHg] tot och till metyleringshastigheten (K m ) i sediment. De sju undersökningsplatserna var var belägna på olika platser i Sverige och indelade enligt följande: (1) sydligt belägna, högproduktiva sötvatten; Marnästjärn, Turingen, Övre Svartsjön och Nötöfjärden, (2) nordligt beläget, lågproduktivt sötvatten; Karlshäll och (3) bräckt vatten; Köpmanholmen och Skutskär. Samtliga undersökningsplatser var kontaminerade med kvicksilver från klor-alkali- eller pappers- och massaindustrier. Däremot skiljde sig undersökningsplatserna åt gällande temperatur, organiskt material, C/N-ratio och salinitet. Vid samtliga undersökningsplatser togs sedimentprov på olika djup. I proven bestämdes koncentrationerna av C, N, Fe och S (med XPS), Hg (med TD) och MeHg, enligt beskrivning av Drott et al. (2007). För bestämning av K m homogeniserades proven, varpå de spikades med 201 Hg(II)-nitrat (98,11 %) till 40 % av den totala kvicksilverkoncentrationen. Efter inkubation under N 2 (g) (48 h, vid 23 C) mättes [Me 201 Hg] och utifrån detta bestämdes K m. På grund av den låga ursprungskoncentrationen av Me 201 Hg antogs demetyleringen av den nyproducerade Me 201 Hg (från spikningen med 201 Hg(II)) vara försumbar. För att undersöka specieringen av kvicksilver i organiskt sediment användes fyra olika modeller, beskrivna av Drott et al. (2007). Resultaten visade att neutrala kvicksilversulfider ([Hg(SH) 2 0 (aq)] och [HgS 0 (aq)]) var signifikant positivt korrelerade med MeHg tot (µg kg -1 ) i sediment i sydliga högproduktiva vatten (p<0,001, n=20), i nordliga lågproduktiva vatten (p=0,048, n=6) och i bräckt vatten (p<0,001, n=23) (se Fig. 2). Kurvornas lutning på förhållandena K m (K m (dag -1 ) = a + b([hg(sh) 2 0 (aq)] + [HgS 0 (aq)]) och MeHg 10

(MeHg (µg kg -1 ) = a + b ([Hg(SH) 2 0 (aq)] + [HgS 0 (aq)]) visade på ett inverst förhållande med C/N-ration. Dessa resultat ansågs reflektera skillnader i primärproduktion mellan undersökningsplatserna. För bestämning av koncentrationen naturligt förekommande respektive producerad MeHg var metodens precision 3 % RSD. Modellerna för bildning av kvicksilver i sediment relaterades till det experimentellt bestämda K m för att testa om metyleringshastigheten till stor del styrdes av koncentrationen neutrala organiska kvicksilversulfider. K m visade sig vara högst i ytsedimentet och minskade med ökat sedimentdjup. Då förekomsten av energirikt organiskt material var som högst i sedimentets övre lager (vilket indikerades av C/N-ration) drogs slutsatsen att tillgången på sådant organiskt material är en viktig styrande faktor vad gäller metyleringshastigheten. Sammanfattningsvis framhölls att tillgången på energirikt, organiskt material tillsammans med koncentrationen av neutrala oorganiska kvicksilversulfider till stor del styr K m i kontaminerade sediment. Figur 2 Samband mellan koncentrationen neutrala oorganiska kvicksilversulfider och den totala metylkvicksilverkoncentrationen i sediment från sydliga (p < 0,001) och nordliga (p = 0,048) sötvatten samt från bräckt vatten (p < 0,001) (Drott et al. 2007). 3.1.3 Do woodfibers from pulp mill affect the distribution of total and methylmercury in river sediments? Fathi et al. (2012) Syfte med en studie av Fathi et al. (2012) var att utreda om bakteriell kvicksilvermetylering i sediment påverkas av utsläpp från pappers- och massafabriker. Provtagningsplatsen var The St. Lawrence River, beläget nära Cornwall Ontario på gränsen mellan New York och Kanada. Sedimentporvatten från två olika områden, båda belägna ungefär en kilometer nedströms ifrån en plats där det tidigare legat en klor-alkaliindustri och en pappers- och massafabrik undersöktes. Den ena undersökningsplatsen hade hög träfiberkoncentration i 11

sedimentet (HWF 5 ) (5-10 %) och den andra provtagningsplatsen, som fick agera referens (Ref), hade låga halter av träfiber (<2 %) i sedimentet. Distributionen av partikulärt respektive löst kvicksilver och metylkvicksilver (THg (p) och MeHg (p), respektive THg diss och MeHg diss ) undersöktes i porvatten från HWF och Ref. I studien utreddes även om THg och MeHg från träfiberrikt sediment diffunderade till överliggande vatten i större utsträckning än THg och MeHg från sediment med låg fiberkoncentration. Vidare identifierades vilka delar av sedimentet som svarade för en aktiv MeHg-produktion. I porvatten från de två undersökningsplatserna detekterades THg diss med CV- AFS och koncentrationen MeHg diss med GC-AFS. Med en Hatch DR 2800 spektrofotometer mättes lösningens absorbans och därmed kunde järnjons- och sulfatkoncentrationen bestämmas (562 nm för Fe 2+ respektive 650 nm för SO 4 2- ). THg (p) detekterades med en SP-3D mercury analyzer medan koncentrationen MeHg (p) kvantifierades med GC-AFS. Samtliga analyser utfördes enligt berskivning av Fathi et al. (2012). Porvattendiffusionen beräknades enligt en anpassning av Ficks första lag till diffusion i porvatten (se Formel 1). F= -(φ D w/ θ 2 ) (δc/δx) Formel 1 Ficks första lag, där F = lösningens flux, φ = sedimentporositeten, D w = diffusionskoefficienten, θ = slipprigheten, C = koncentrationen, x = djupet och (δc/δx) = koncentrationsgradienten (Fathi et al. 2012). Resultaten från studien visade att koncentrationerna av THg diss och MeHg diss var relativt lika både i porvattnet och i vattenkolumnen ovanför sedimentet (se Fig. 3). THg diss i HWF var 90±50 (SD) pm (n = 100) i porvatten och 60±40 (SD) pm (n = 57) i vattenkolumnen. I Ref. var THg diss 90±50 (SD) pm (n = 87) i porvatten och 80±40 (SD) pm (n = 50) i vattenkolumnen. MeHg diss i HWF var 30±20 (SD) pm (n = 47) i porvatten och 20±30 (SD) pm (n = 26) i vattenkolumnen. I Ref. var MeHg diss 30±10 (SD) pm (n = 32) i porvatten och 20±10 (SD) pm (n =22) i vattenkolumnen. Med tre-faktors ANOVA visades att det inte fanns några signifikanta skillnader vad gällde [THg diss ] eller [MeHg diss ] mellan olika månader, djup eller mellan undersökningsplatserna (p>0.05) (se Fig. 3). Resultaten tolkades som att nettodiffusionen av löst Hg och MeHg var mycket liten mellan vatten och sediment samt att redoxberoende processer som sulfatreduktion inte var associerade med fördelningen av MeHg diss i sedimentet. Toppar av THg (p) och MeHg (p) kunde skönjas på ett djup >40 cm i sedimentet, vilket antogs bero på antingen en historisk deposition eller att kvicksilver metylerades lättare djupare ner i sedimentet. 5 High wood fibers (Fathi et al. 2012). 12

Figur 3 Koncentrationerna löst kvicksilver och metylkvicksilver på olika vatten- och sedimentdjup, där A = THg diss i HWF, B = MeHg diss i HWF, F = THg diss i Ref och G = MeHg diss i Ref. A: 90±50 (SD) pm (n = 100) i porvatten och 60±40 (SD) pm (n = 57) i vattenkolumnen. F: 90±50 (SD) pm (n = 87) i porvatten och 80±40 (SD) pm (n = 50) i vattenkolumnen. B: 30±20 (SD) pm (n = 47) i porvatten och 20±30 (SD) pm (n = 26) i vattenkolumnen. G: 30±10 (SD) pm (n = 32) i porvatten och 20±10 (SD) pm (n =22) i vattenkolumnen (Fathi et al. 2012). 3.2 Sulfidfattig miljö 3.2.1 Strong Hg(II) Complexation in Municipal Wastewater Effluent and Surface Waters. Hsu och Sedlak (2003) I en studie av Hsu och Sedlak (2003) var syfte att karaktärisera Hg(II)- komplexbindande ligander. Undersökningsplatserna var en eutrof sjö, tre avloppsreningsverk och en bäck kontaminerad med avrinningsvatten från ett område där kvicksilverbrytning tidigare förekommit. Även en vattenmodell innehållande löst humussyra från Suwannee River användes. 13

Hg(II)-specieringen bestämdes med genom competitive ligand exchange (CLE). Detta följdes av C18 solid-phase extraction (SPE) för att jämföra bindningsstyrkan hos olika komplexbindande ligander. CLE-SPE-tekniken innefattade de två kompetativa liganderna glutation (GSH 3 - ) och dietylditiokarbamat (DEDC - ). Resultaten visade att alla prov innehöll labila Hg(II)-komplexbildande ligander. Stabilitetskonstanten hos dessa liknade den hos reducerade svavelinnehållande ligander. Resultaten visade att både DEDC och GSH band till Hg(II). GSH hade dock en högre affinitet för metallen och ett samband mellan en ökad koncentration av GSH och en ökad koncentration av hydrofila Hg(II)-komplex visades, vilket tolkades som en indikation på bildning av Hg-GSH-komplex (se Fig. 4). Sammanfattningsvis framhölls att komplexbindande ligander kan ha stor påverkan på specieringen av Hg(II). Figur 4 visar sambandet mellan hydrofilt Hg(II) och koncentrationen glutation från GSH-CLE-titreringen för humussyralösning från Suwannee River (x), Lake Anza (Δ) och Alamitos Creek( ). Felstaplarna representerar eventuella standardavvikelser (Hsu och Sedlak, 2003). 3.2.2 Complexation of Mercury(II) in Soil Organic Matter: EXAFS Evidence for Linear Two-Coordination with Reduced Sulfur Groups. Skyllberg et al. (2006b) I en studie av Skyllberg et al. (2006b) var syfte att bestämma kvicksilvers koordinationskemi i intakta organiska jordar. Från en av samplingsplatserna, en organisk torvjord belägen i Nyänget i norra Sverige, hämtades jordprover på 10-20 cm djup. En annan provtagningsplats var en organisk jord i Marcell Experimental Forest i norra Minnesota, varifrån humussyror (HA) extraherades från jordens översta lager (10 cm). För att analysera proverna användes EXAFS. Resultaten visade att Hg(II) bildade två-koordinerade komplex med reducerade svavelgrupper hos neutralt organiskt material (NOM) i mark och vatten (se Fig. 5). Vidare framhölls att kemisk speciering av oorganiskt kvicksilver direkt styrde kvicksilvermetyleringen. Ytterligare en slutsats från studien var att komplexbindning av kvicksilver till funktionella grupper hos NOM indirekt kan påverka kvicksilvers koncentration och biotillgänglighet. 14

Figur 5 Kemiska strukturer som föreslår hur kvicksilver skulle kunna komplexbinda till organisk jord och humussyror (Skyllberg et al. 2006b). 3.2.3 Mercury reduction and complexation by natural organic matter in anoxic environments. Gu et al. (2010) I en studie av Gu et al. (2010) studerades interaktionen mellan Hg(0) och HA i syrefri miljö. Lösningar innehållande ca 10 nm Hg(II) och varierande koncentrationer reducerad HA förbereddes under anoxa förhållanden. Då jämvikt uppnåtts (4 h) mellan Hg(II) och HA kvantifierades mängden Hg(0) i lösningen med cold-vapor atomic absorption spectrometry. Resultaten visade att vid låg [HA] (0,2 mg/l) ökade mängden Hg(0) till följd av reduktion av Hg(II) (se Fig. 6). Vid koncentrationer >0,2 mg/l minskade istället mängden Hg(0) i lösning. Formel 2 och 3 visar komplexbindningsreaktioner mellan HA och kvicksilver, vilket skulle kunna förklara varför Hg(0) minskade med ökad [HA] i experimenten: 2R-SH + Hg(0) R-SH Hg(0) HS-R Formel 2 Reaktion mellan HA och kvicksilver genom fysiokemisk sorption (Gu et al. 2010). R-SH Hg(0) HS-R R-S-Hg(II)-S-R + 2H+ + 2e- Formel 3 Ligandinducerad oxidative komplexation mellan kvicksilver och HA (Gu et al. 2010). Vidare framhölls att HA har både reducerande och komplexbindande egenskaper gentemot kvicksilver. Vid [HA] <0,2 mg/l dominerade de reducerande egenskaperna och Hg(II) omvandlades till Hg(0). Då [HA] ökade (>0,2 mg/l) ökade även bindningskapacitet hos hummussyrans reducerade tiol- eller svavelgrupper och komplexbildning till Hg(II) dominerade. I ett experiment liknande det ovan beskrivna undersöktes påverkan av oxiderad HA på kvicksilver. Resultaten från detta visade på ett samband mellan ökad [HA] och oxidering av Hg(0) till Hg(II). Vilken i sin tur ledde till att mer Hg(II) kunde komplexbinda till HA (se Formel 4 och 5). R-S-S-R + Hg(0) Hg(II) + R-S - + R -S - Formel 4 Oxidering av kvicksilver vid reaktion med oxiderad disulfid hos DOM (Gu et al. 2010). Hg(II) + R-S- + R -S - R-S-Hg(II)-S-R - Formel 5 Det oxiderade kvicksilvret binder till tiolprodukterna från Formel 4 (Gu et al. 2010). 15

Direkt bindning av Hg(0) till tioler ansågs dock ha skett i mindre utstäckning. Argumenten som presenterades för att styrka denna tes var att både tioler och Hg(0) är elektronrika samt att Hg(0) inte har några oparade elektroner. Sammanfattningsvis framhölls att HA spelar en viktig roll vad gäller specieringen av Hg i syrefattigt vatten och sediment. Figur 6 Reduktion av Hg(II) till Hg(0) under anoxa förhållanden i lösningar med 10 nm Hg(II) och varierande koncentrationer reducerad HA (med en uppskattad avvikelse på ±14 %) (Gu et al. 2010). 3.2.4 Competition between Disordered Iron Sulfide and Natural Organic Matter Associated Thiols for Mercury(II)- An EXAFS Study. Skyllberg och Drott (2010) Syfte med en studie av Skyllberg och Drott (2010) var att bestämma den kemiska specieringen av Hg(II) i en blandning av oordnad järnsulfid (FeS(s)) och organisk jord. Undersökningen genomfördes med Hg L III -edge EXAFS, varpå resultaten utvärderades med termodynamisk modellering. Det visades i studien att Hg(II) reagerade med FeS(s) vid ph 9 och bildade en fyr-koordinerad metacinnabar-fas ([β-hgs(s)]). Vid ph 5,7-6,1 koordinerade Hg(II) med fyra organiska sulfider respektive två organiska tioler. Någon substitution av Fe(II) mot Hg(II) i FeS(s) kunde inte observeras och det kunde heller inte påvisas att Hg(II) och FeS(s) skulle ha bildat ytkomplex. Sammanfattningsvis framhölls att FeS(s) och tiolgrupper hos organiskt material tävlar om att reagera med Hg(II). I en mixtur av 95 % organisk jord och 5 % FeS(s) bildades metacinnabar (β-hgs(s)) och organiska tioler ([Hg(SR) 2 ]), vilka samexisterade i blandningen. 3.2.5 Active transport, substrate specificity, and methylation of Hg(II) in anaerobic bacteria. Schaefer et al. (2011) I en studie från 2011 undersökte Schaefer et al. bland annat påverkan av substratspecificitet på kvicksilvermetylering i anaerob miljö. De organismer som användes i studien var sulfat- och järnreducerande bakterier av typen Desulfovibrio 16

desulfuricans ND132 respektive Geobacter sulferreducens. Hg och MeHg detekterades med atomic fluorescence i en Tekran 2500 Hg analyzer. För att testa påverkan av substratspecificiteten på metyleringshastigheten tillsattes sulfid respektive olika tioler (cystein, D-L-Penicillamine eller glutation) kulturerna med sulfatreducerande bakterier (SRB). Resultaten visade att metyleringshastigheten skiljde sig åt mellan de olika proven och att den högsta [MeHg] tot uppnåddes i bakteriekulturer med D-L-Penicillamine (se Fig. 7). Kulturer med tillsatt sulfid uppvisade lägst metyleringshastighet (se Fig. 7). Det visades även i studien att hastigheterna för Hg(II)-upptag och metylering av SRB var höga i närvaro av komplexbindande tioler. Sammanfattningsvis framhölls att olika tioler har olika påverkan på metyleringshastigheten, där kvicksilverupptaget gynnas av en del ligander och missgynnas av andra. Figur 7 Påverkan på metyleringshastigheten av buffert (inga tillsatta tioler), sulfid, cystein, pen (D-L-Penicillamine) respektive GSH (glutation) efter 1 h. Felstaplarna representerar ±1 SD (typiskt n = 3) (Schaefer et al. 2011). 3.2.6 Influence of Zero-Valent Sulfur on Mercury Methylation in Bacterial Cocultures. Kampalath et al. (2012) Kapalath et al. undersökte i sin studie (2012) hur svavel (S 0 ) och Hgpolysulfider påverkar kvicksilvers metyleringshastighet. Experimenten utfördes i mono- och samkulturer med SRB samt S-oxiderande lila respektive fototrofiska gröna bakterier (GSB respektive PSB). Samkulturerna utgjordes av SRB/PSB respektive SRB/GSB medan enbart SRB förekom i monokulturerna. Experiment på monokulturerna utfördes både i när- och frånvaro av S 0. Följande analysmetoder användes i studien: fluorescent microscopy (bakterietillväxt), cold vapor atomic fluorescence spectroscopy (CVAFS) (Hg tot och MeHg) och high-performance liquid chromatography (HPLC) (S 0 ). 17

Resultaten visade ett inverst förhållande mellan [S 0 ] och [MeHg] i de båda samkulturerna. Biotillgängligheten hos Hg minskade alltså med ökade S 0 -nivåer. I monokulturerna var metyleringshastigheten sigifikant högre i frånvaro av polysulfider (p<0.05, t-test). Även [MeHg] och bakterietillväxten minskade i närvaro av polysulfider. I studien framhölls att detta skulle kunna vara kopplat till en minskning av biotillgänliga HgS-komplex. På grund av monokulturernas högre metyleringshastighet i frånvaro av polysulfider och med avseende på att samkulturerna metylerade i en högre hastighet än monokulturerna drogs slutsatsen att metyleringshastigheten ökade i närvaro av S-oxiderande bakterier. Vidare framhölls att S-oxiderande bakterier upprätthöll en gynnsam kemisk speciering i systemet och bidrog till att hålla sulfidkoncentrationen på en låg nivå. Dessutom stimulerarde dessa bakterier tillväxten hos SRB och bidrog till att driva dess aktivitet. Sammanfattningsvis kunde en minskad metyleringshastighet kopplas till en ökad förekomst av S 0. Detta på grund av att denna specie kunde ha bidragit till att närvaron av polysulfider ökade, vilket i sin tur kan ha minskat tillgången på de mest biotillgängliga HgS-komplexen. 3.2.7 Effect of Inorganic and Organic Ligands on the Bioavailability of Methylmercury as Determined by Using a mer-lux Bioreporter. Ndu et al. (2012) Syfte med en studie av Ndu et al. (2012) var att med en mer-lux bioreporter undersöka effekten av humussyrors, tiolers och kloriders effekt på metylkvicksilvers (CH 3 Hg(II)) biotillgänglighet i bakterien Escherichia coli (E.coli). Resultaten från studien visade att en förhöjd kloridkoncentration ökade biotillgängligheten hos CH 3 Hg(II), medan tiolerna metionin och leucin gav en liten, eller ingen effekt på biotillgängligheten. Humussyra från jord (100 mg l -1 ) minskade biotillgängligheten hos CH 3 Hg(II) med 50 % (se Fig. 8). Humussyra från torv reducerade biotillgängligheten med 80 % genom bildning av CH 3 Hg-Rkomplex (se Fig. 8). Orsaken till denna skillnad i förmåga att minska metylkvicksilvers biotillgänglighet framhölls vara humussyrornas olika tiolinnehåll. I studien hävdades nämligen att styrkan i bindningarna mellan HA och CH 3 Hg + skulle kunna vara en funktion av det relativa tiolinnehållet i neutralt organiskt material (NDOM). På grund av humussyrors bulkiga form och dess innehåll av laddade kemiska grupper kan CH 3 Hg-R-komplex ha svårt att penetrera plasmamembran hos E.coli. 18

Figur 8 Påverkan av humussyrorna: Pahokee Peat, Alfa Aesar och Elliot Soil på metylkvicksilvers biotillgänglighet. Felstaplarna indikerar standardavvikelser (Ndu et al. 2012). 3.3 WHAM WHAM användes i den här studien för att undersöka fördelningen av kvicksilver i miljön. I försöken plockades data från studien av Zhang et al. (2004), vilket innebär att resultaten även kunde användas för att undersöka validiteten i nämnd studie. I befintlig studie undersöktes, till skillnad från i studien av Zhang et al. (2004), även påverkan av humussyror (HA) på specieringen av kvicksilverjoner (Hg(II)) och metylkvicksilver (MeHg). Data från sedimentdjupen 0 respektive 20 cm, från följande undersökningsplatser, fördes in i WHAM: Baie St. Francois (ph, Σ[H 2 S] i g mol -1, DOC i g L -1 och [GSH] i g mol -1 ), Foster s Bay (ph, Σ[H 2 S] i g mol -1 och [GSH] i g mol -1 ) och Lake 632 (ph, Σ[H 2 S] i g mol -1, DOC i g L -1, [GSH] i g mol -1 ). För samtliga undersökningsplatser användes [Hg] tot och [MeHg] tot från Baie St. Francois (1 10-9 g mol -1 respektive 1 10-8 g mol -1 ) då denna plats var den enda där halterna kvantifierades i nämnd studie. Det lufttryck och den temperatur som inkluderades i beräkningarna var 4,00 10-4 atm respektive 298,00 K. Med WHAM visades att sulfidbundet kvicksilver var den vanligast förekommande formen av Hg(II) (se Bilaga 3a) vid samtliga undersökningsplatser. Vad gäller specieringen av MeHg visade sig även denna till största delen förekomma i sulfidbunden form (se Bilaga 3b). Skillnad i [Hg] tot respektive [MeHg] tot mellan olika sedimentdjup kunde visas (se Bilaga 3a och 3b). Det påvisades även med WHAM att både Hg(II) och MeHg band till HA (23-24 % av [Hg(II)] tot respektive 22-23 % av [MeHg] tot ). 4. Diskussion Liksom i resultatavsnittet delas de granskade studierna in i sulfidrik respektive sulfidfattig miljö i denna diskussion. Orsaken till denna uppdelning är kvicksilvers fallenhet att binda till svavelinnehållande grupper hos organiskt material. Till sulfidrik 19

miljö hör: Zhang et al. (2004); Drott et al. (2007) och Fathi et al. (2012), medan: Hsu och Sedlak (2003); Skyllberg et al. (2006b); Skyllberg och Drott (2010); Gu et al. (2010); Schaefer et al. (2011); Ndu et al. (2012) och Kampalath et al. (2012) faller under sulfidfattig miljö. Det bör nämnas att av de tio studier som utvaldes (enligt urvalskriterier beskrivna i metod) har tre artiklar delvis samma författare, vilket kan ha begränsat bredden på underlaget till befintlig studie. 4.1 Sammanfattande diskussion sulfidrik miljö Denna del av diskussionen är kopplad till Tabell 1. Drott et al. (2007) visade att en ökad koncentration av kvicksilversulfider ledde till att metyleringshastigheten och därmed koncentrationen metylkvicksilver ([MeHg]) ökade. På så vis påverkade kvicksilversulfider specieringen av kvicksilverjoner Hg(II). I likhet med studien av Drott et al. (2007) framhöll Zhang et al. (2004) att sulfider har en hög affinitet för kvicksilver. Att tioler, vilka också innehåller svavel, skulle ha påverkat specieringen av kvicksilver är dock något som Zhang et al. (2004) avfärdar. Enligt Zhang et al. (2004) berodde detta på en tävlan om kvicksilver mellan sulfider och tioler, där sulfider har en högre affinitet för metallen. Däremot visade Zhang et al. (2004) att metylkvicksilvers speciering påverkades av tioler. Med avseende på sulfids olika affinitet för kvicksilver respektive metylkvicksilver verkar det dock troligare att en större andel Hg(II) än MeHg skulle ha bundit till tioler. Drott et al. (2007) visade att organiskt material kan påverka specieringen av Hg(II). Vidare påvisade Drott et al. (2007) att en ökad koncentration av organiskt material ledde till en ökad metyleringshastighet och därmed till en högre totalkoncentration av MeHg. Fathi et al. visade däremot i sin studie (2012) att koncentrationen organiskt material varken påverkade [THg] eller [MeHg]. Något samband mellan sulfatreduktion och [THg] respektive [MeHg] kunde heller inte visas (Fathi et al. 2012). Fathi et al. (2012) framhöll vidare att koncentrationen organiskt material inte påverkade fördelningen av löst Hg och MeHg mellan sediment och överliggande vattenpelare. I studien (Fathi et al. 2012) kunde dock förhöjda koncentrationer av partikulärt Hg och MeHg detekteras på ett sedimentdjup >40 cm. En förklaring till detta skulle enligt Fathi et al. (2012) kunna vara att kvicksilver lättare metyleras djupare ner i sedimentet. Denna tolkning står dock i kontrast till studien av Drott et al. (2007) där resultaten visade att metyleringshastigheten var högst i ytsedimentet, varpå den minskade med ökat djup. Enligt Drott et al. (2007) var orsaken till detta att tillgången på organiskt material för sulfatreducernade bakterier (SRB) var störst i sedimentets övre lager. På grund skillnader i de granskade artiklarnas (Zhang et al. 2004; Drott et al. 2007 och Fathi et al. 2012) resultat försvåras möjligheten att dra väl underbyggda slutsatser gällande påverkan av organiskt material på kvicksilvermetylering. En förklaring till rådande oenighet, granskade studier sinsemellan, skulle kunna vara koncentrationen organiskt material och även dess kvalitet påverkar bindningsstyrkan i organiska kvicksilverkomplex (Hg-R-komplex). Drott et al. (2007) visade exempelvis inte bara att kvicksilversulfider hos organiskt material påverkade kvicksilvermetyleringen, utan även att [MeHg] ökade med ökad kvicksilversulfidkoncentration. I likhet med detta framhöll Zhang et al. (2004) att tiolkoncentrationen kan påverka bindningen av Hg till tioler. 20

Angående kvaliteten på organiskt material, visade Zhang et al. (2004) att tioler har lägre affinitet för kvicksilver än sulfider, varför kvicksilversulfidkomplex var den dominerande metallformen i sedimentproven. Detta skulle kunna vara en indikation på att mängden och typen svavelinnehållande grupper hos organiskt material påverkar om och hur hårt kvicksilver komplexbinder. Vad gäller sambandet mellan sedimentdjup och metylering så framhöll Drott et al. (2007) att metyleringshastigheten var högst i sedimentets övre lager. Fathi et al. (2012) påvisade däremot att den högsta metyleringshastigheten uppnåddes på ett sedimentdjup >40 cm. En historisk deposition skulle enligt Fathi et al. (2012) kunna vara en anledning till att [MeHg] var högst längre ner i sedmentet. Detta kan också vara en förklaring till att resultaten från de båda studierna (Drott et al. 2007 och Fathi et al. 2012) skiljer sig åt. Det bör också nämnas att resultaten gällande koncentrationerna av kvicksilver och metylkvicksilver enbart kunde visas på en signifikansnivå >0.05 i studien av Fathi et al. (2012), vilket talar för en större osäkerhet. Tabell 1 Granskade studiers ställningstagande. Ja indikerar att ett samband kunde konstateras och Nej anger att något samband inte kunde visas. Tomma, vita rutar indikerar att sambandet inte utreddes i studien. Grön färg visar att det fanns en positiv korrelation, medan röd färg anger att förhållandet var inverst. Kunde något samband visas mellan koncentrationen organiskt material och [MeHg]? Kunde något samband visas mellan koncentrationen kvicksilversulfider och [MeHg]? Visade studien att tioler påverkade specieringen av MeHg? Kunde något samband visas mellan koncentrationen organiskt material och koncentrationen kvicksilver? Kunde något samband visas mellan sulfidkoncentrationen och [Hg(II)]? Visade studien att tioler påverkade specieringen av kvicksilver? Kunde något samband visas mellan sedimentdjup och metyleringshastighet? Drott et al. (2007) Ja Ja Ja Ja Ja Artiklar- sulfidrik miljö Zhang et al. (2004) Ja Ja Nej Fathi et al. (2012) Nej Nej Ja Positivt samband Inverst samband Tom, vit ruta indikerar att sambandet inte utreddes i studien 21

4.2 Sammanfattande diskussion sulfidfattig miljö Denna del av diskussionen är kopplad till Tabell 2. Skyllberg och Drott visade i sin studie (2010) att kvicksilverjoner (Hg(II)) bildade komplex med sulfider och tioler hos organiskt material i jord. I en annan studie (Skyllberg et al. 2006b) som utredde interaktionen mellan organiskt material och kvicksilver i jord visades att Hg(II) komplexband till reducerade svavelgrupper hos NOM. Även Gu et al. (2010) framhöll att organiskt material påverkar kvicksilvers kemiska form. I studien av Gu et al. (2010) visades att beroende på koncentration och typ av humussyra (HA) kan denna oxidera, reducera eller komplexbinda kvicksilver. Oxiderad HA visade sig kunna oxidera Hg(0) till Hg(II), medan reducerad HA ([HA] < 0,2 mg L -1 ) reducerade Hg(II) till Hg(0) (Gu et al. 2010). Gu et al. (2010) framhöll vidare att vid [HA] > 0,2 mg L -1 ökade koncentrationen svavel- och tiolbundet Hg(II) med ökad [HA]. Sammanfattningsvis gav resultaten från studien av Gu et al. (2010) stöd åt påståendet att specieringen av kvicksilver bland annat styrs av koncentrationen organiskt material. Hsu och Sedlak (2003) fann att komplexbindande ligander som DEDC - och GSH 3- hos organiskt material kan binda till Hg(II) och därmed påverka dess speciering. Studien (Hsu och Sedlak, 2003) visade att de båda liganderna var konkurrenskraftiga och att GSH 3- hade en högre affinitet för metallen. Resultaten från studien (Hsu och Sedlak, 2003) ger stöd åt antagandet, att bindningsstyrkan mellan organiskt material och kvicksilver i tiolkomplex (RSHg-komplex), kan vara en styrande faktor vad gäller specieringen och koncentrationen av Hg(II). Bindningsstyrkan kan i sin tur vara en funktion av det organiska materialets relativa tiolinnehåll, vilket visades hos organiska metylkvicksilverkomplex (MeHg-R-komplex) i studien av Ndu et al. (2012). I likhet med Ndu et al. (2012) fann Schaefer et al. (2011) att olika tiol- och svavelinnehållande grupper hade olika påverkan på sulfatreducerande bakteriers (SRB) upptag av Hg(II) samt på metyleringshastigheten. Närvaro av tiolerna GSH, D-L-Penicillamine eller cystein ledde till en ökad hastighet för kvicksilvermetylering, medan sulfid visades minska hastigheten (Schaefer et al. 2011). Vidare fann Kampalath et al. (2012) ett samband mellan koncentrationen kvicksilver-sulfidkomplex (Hg-S-komplex) och en ökad metyleringshastighet. Kampalath et al. (2012) framhöll även att tillgång på suldid (S 0 ) kunde orsaka en lägre metyleringshastighet hos SRB, till följd av att närvaro av S 0 ledde till en ökad koncentration polysulfider vilket i sin tur minskade bakteriernas tillgång på Hg-S-komplex. Detta styrker påståendet av Schaefer et al. (2011), att olika svavelinnehållande grupper har olika påverkan på kvicksilvers metyleringshastighet. Sammanfattningsvis råder en enighet studierna sinsemellan (Hsu och Sedlak, 2003; Skyllberg et al. 2006b; Gu et al. 2010 och Skyllberg och Drott, 2010) att organiskt material kan påverka specieringen av Hg(II). Det framhölls även av Skyllberg et al. (2006b) att den kemiska specieringen av Hg(II) i sin tur till stor del styr kvicksilvermetylering av SRB. En del av studierna visade att olika koncentrationer av organiskt material och dess respektive olika innehåll av svavel- och tiolgrupper påverkar metyleringshastigheten på olika sätt, där somliga bidrog till en ökad hastighet och andra till en minskad eller 22

oförändrad hastighet (Hsu och Sedlak, 2003; Gu et al. 2010; Schaefer et al. 2011 och Kampalath et al. 2012). Tabell 2 Granskade studiers ställningstagande. Ja indikerar att ett samband kunde konstateras och Nej anger att något samband inte kunde visas. Tomma, vita rutar indikerar att sambandet inte utreddes i studien. Grön färg visar att det fanns en positiv korrelation, medan röd färg anger att sambandet var inverst. Artiklar- sulfidfattig miljö Kunde något samband visas mellan [HA] och [MeHg]? Kunde något samband visas mellan koncentr ationen kvicksilv ersulfidk omplex och [MeHg]? Kunde något samband visas mellan koncentr ationen tioleller svavelgr upper och [MeHg]? Kunde något samband visas mellan koncentr ationen Skyllberg och Drott (2010) Skyllberg et al. (2006b) Ndu et al. (2012) Ja Ja Hsu och Sedlak (2003) Kampalath et al. (2012) Ja Ja 6 Ja Schaefer et al. (2011) Ja Gu et al. (2010) 6 Positivt samband med vissa tioler och negativt samband med andra. 23

sulfid och [MeHg]? Kunde något samband visas mellan koncentr ationen tioleller svavelgr upper och [Hg(II)]? Kunde något samband visas mellan [HA] och [Hg(II)]? Kunde något samband visas mellan sulfidko ncentrati onen och [Hg(II)]? Ja Ja Ja Ja Ja Positivt samband Inverst samband Tom, vit ruta indikerar att sambandet inte utreddes i studien 4.3 Diskussion beräkningar Med WHAM visades merparten (76-99 %) kvicksilverjonerna (Hg(II)) existerade i form av Hg-sulfidkomplex vid samtliga undersökningsplatser och på samtliga sedimentdjup. Till humussyror (HA) band 23-24 % av [Hg(II)] tot respektive 22-23 % av [MeHg] tot (vid Baie St. Francois 0 cm, Baie St. Francois 20 cm, Lake 632 0 cm och Lake 632 20 cm). I både Zhang et al. (2004) och i befintlig studie påvisades en skillnad gällande påverkan av tioler på specieringen av Hg(II) respektive metylkvicksilver (MeHg). Andelen tiolbundet Hg(II) i befintlig studie var 1 10-13 3 10-16 %, medan 5 10-2 1 10-4 % av MeHg var tiolbundet. Sammanfattningsvis styrkte resultaten validiteten i studien av Zhang et al. (2004) och visade i addition till nämnd studie att HA kan påverka specieringen av Hg(II) och 24

MeHg. Det bör understrykas att resultaten från WHAM i befintlig studie kan involvera eventuell osäkerhet kopplad till indatan. 5. Slutsatser Metylering av kvicksilver kan ske med hjälp av sulfatreducerande bakterier i syrefri akvatisk miljö. Dessa bakterier försörjer sig genom att utnyttja energiskillnaden mellan organiskt kol och sulfatjoner. Då kvicksilver är toxiskt för sulfatreducerande bakterier, fungerar metyleringen som en avgiftningsmekanism, varpå kvicksilvret kan transporteras ut ur cellen i form av metylkvicksilver. Metylkvicksilver kan därefter bioackumuleras i näringskedjan och ge upphov till negativa hälsoeffekter hos exempelvis människor. Det bör nämnas att tvåvärt kvicksilver har en hög affinitet för sulfid och tiolgrupper, vilka i sin tur kan vara associerade med organiskt material. Slutligen kan konstateras att en viss oenighet råder inom befintlig forskning i frågan om påverkan av organiskt material på kvicksilvermetylering. I befintlig studie har resultat från de granskade artiklarna tolkats som att organiskt material i vissa fall kan påverka specieringen av kvicksilver och därmed bidra till en ökad koncentration MeHg. Däremot visades i andra studier att organiskt material kunde leda till en reducerad metyleringshastighet, alternativt inte påverka denna alls. Vidare tyckts koncentrationen organiskt material och antalet sulfid- och tiolgrupper associerade med dessa påverka hur stor andel Hg(II) det komplexband med, där en större andel sulfid tycks leda till en högre koncentration kvicksilversulfidkomplex. Nämnas bör också att olika tiol- och svavelgrupper kan ha olika affinitet för kvicksilver. Rekomendationer Riskbedömning av metylkvicksilver grundas idag till stor del på uppskattningar av koncentrationen metylerad Hg(II). Ett problem med detta är att riskbedömningar grundas på enstaka mätningar. Därför behövs kunskapskluckorna gällande hur metyleringsprocessen går till i sulfatreducerande bakterier fyllas. Fler studier inom området skulle därför kunna leda till en ökad kunskap gällande faktorer som påverkar metyleringen. På så vis skulle detta kunna vara till hjälp vid val av metoder i fråga om bedömning av riskerna med metylkvicksilver i terrester, akvatisk miljö. Tackord Ett stort tack riktas härmed till prof. David Turner som handlett mig i detta arbete. Jag vill även tacka prof. Johan Boman som varit examinator samt rikta ett tack till PhD. Lennart Bornmalm som ansvarat för kursen. Slutligen vill jag vända mig till samtliga i Göteborgs universitets forskningsgrupp för marin kemi, tack för en väldigt trevlig tid och för att ni bidragit med er kunskap. 25

Akronym ADP Adenosindifostat (Canfield et al. 2005). ATP Adenosintrifosfat (Canfield et al. 2005). DEDC - Dietylditiokarbamat (Hsu och Sedlak, 2003). DIC Dissolved Inorganic Carbon. Löst oorganiskt kol (Drott et al. 2007). DOC Dissolved Organic Carbon. Löst organiskt kol (Drott et al. 2007). SPD-F Ammonium-7-fluorobenzo-2-oxa-1,3-diazole-4-sulfonat (Zhang et al. 2004). DOM Dissolved Organic Matter. Löst organiskt material. Definieras som kolinnehållande föreningar som kan passera ett filter med 0,1- eller 0,2-µm stora hål (Fenchel et al. 1998 och Zumdahl, 2009). E.coli Escherichia coli. En kolibakterie från släktet stavformiga, gramnegativa bakterier i familjen Enterobacteria ceae (Nationalencyklopedin, 2013b). FeRB Iron-Reducing Bacterias. Järnreducerande bakterier (Mitchell och Gilmour, 2008). GSB S-oxiderande lila bakterier (Kampalath et al. 2012). HA Humic Acid. Humussyra. Främst refraktila rester av växtpolymerer (Fenchel et al. 1998 och Skyllberg et al. 2006b). Hg(0) Oladdat kvicksilver (Zumdahl, 2009). 26

Hg(I) Envärda kvicksilverjoner (Hg + ), existerar i form av Hg 2 2+ (Zumdahl, 2009). Hg(II) Tvåvärda kvicksilverjoner (Hg 2+ ) (Zumdahl, 2009). HWF High Wood Fibers. Hög träfiberkoncentration (Fathi et al. 2012). K m Metyleringshastigheten (Drott et al. 2007). MeHg Metylkvicksilver/monometylkvicksilver (CH 3 Hg + ) (Skyllberg och Drott, 2010 och Drott et al. 2008). MeHg diss Löst metylkvicksilver (Fathi et al. 2012). MeHg (p) Partikulärt metylkvicksilver (Fathi et al. 2012). NDOM Neutral Dissolved Organic Matter. Neutralt löst organiskt material (Ndu et al. 2012). NOM Natural Organic Matter. Naturligt organiskt material (Skyllberg och Drott, 2010). PSB Fototrofiska gröna bakterier (Kampalath et al. 2012). R-SH Tioler. Organiska funktionella grupper som innehåller en svavelatom bundet till en väteatom (Sadava et al. 2011). SRB Sulfate-Reducing Bacterias. Sulfatreducerande bakterier (Drott et al. 2007). THg Total mercury. Totalhalten kvicksilver (Fathi et al. 2012). THg diss Total dissolved mercury. Totalhalten löst kvicksilver (Fathi et al. 2012). THg (p) 27

Total particulate mercury. Totalhalten partikulärt kvicksilver (Fathi et al. 2012). Förteckning över metoder C18 solid-phase extraction (SPE) Kan användas för att analysera bindningsstyrkan hos olika komplex (Hsu och Sedlak, 2003). Cary 50 UV-visible spectrophotometer Spektrofotometer (Zhang et al. 2004). Bygger på Lambert-Beers lag (Solunetti, 2006). Olika ämnen identifieras genom att ljusabsorbtionen mäts vid olika våglängder (Solunetti, 2006). CLE Competitive Ligand Exchange (Hsu och Sedlak, 2003). CV-AFS Cold Vapor Atomic Fluorescence Spectrometer (Direct Industry, 2013). Analyserar kvicksilver med cold vapor-technique. Fluorescent microscopy Kan användas för att studera bakterietillväxt (Kampalath et al. 2012). GC-AFS Gas Chromatography Atomic Fluorescence Spectrometer. Med hjälp av en kvicksilverlampa exciteras provet, varpå kvicksilver detekteras med photo-multiplier (P S Analytical, 2012). GC-ICPMS-system Gaskromatografisk induktivt kopplad plasmamasspektrometri (EVISA, 2012). Används för analys av organmetalliska föreningar (EVISA, 2012). Instrumentet har möjlighet att bidra med isotopspecifik information (EVISA, 2012). Hatch DR 2800 Spektrofotometer Analysmetoden bygger på Lambert-Beers lag. Olika ämnen identifieras genom att ljusabsorbtionen mäts vid olika våglängder (Solunetti, 2006). Hg-L III -edge EXAFS Extended X-ray Absorption Fine Structure (Scarrow, 2003). Den oscillerande delen av X- ray Absorption Spectrum (Scarrow, 2003). HPLC High-performance liquid chromatography (Kampalath et al. 2012). 28

ICP-AES Optisk emissionspektrometri med induktivt kopplad plasma (ALS Scandinavia, 2013). Plasman, bildad av argongas, joniseras och uppnår då en temperatur på ca 10000C (ALS Scandinavia, 2013). På grund av den höga temperaturen avger grundämnena som ska analyseras ljus med karaktärisktiska våglängder (ALS Scandinavia, 2013). Utifrån dessa data kan man sedan bestämma halten för de olika ämnena (ALS Scandinavia, 2013). Perkin Elmer 2400 CHN elemental analyzer Analyserar innehållet av syre, väte, kol, kväve och svavel i bland annat organiskt material (PerkinElmer, 2013). Instrumentet är baserat på Pregl-Dumas-metoden, där provet förbränns i syre, varpå förbränningsgaserna mäts (PerkinElmer, 2013). RSD Standardavvikelsen (Drott et al. 2007). SP-3D mercury analyser Tekniken bygger på guldamalgering, cold-vapor atomic absorption och värmeförångning (EVISA, 2010). Tekran 2500 Hg analyzer Atomic fluorescence (Scheafer et al. 2011). TD Thermodesorption (Drott et al. 2007). Används som komplement till gaskromatografi för att detektera organiska kemikaliers sorptionskonstant (Goss, 2011 och Schimandzu, 2013b). TOC-5000 analyser Kan används för att detektera mängden totalt organiskt kol (Schimadzu corporation, 2013a). Provet förbränns med katalytisk oxidation vid 680 C, varpå den bildade koldioxiden detekteras med NDIR (Katzenellenbogen, 2007 och Schimadzu corporation, 2013a). Tre-faktors ANOVA En statistisk metod som bygger på upprepade mätningar av en faktor (NYU, 2013). WHAM Windermere Humic Aqueous Model. Dataprogram som används för att beräkna den kemiska jämviksspecieringen av olika joner i vatten (Lofts, 2006). XPS X-ray Photoelectron Spectroscopy (NIST, 2012). En ytanalytisk teknik, där provet attackeras med joner, elektroner eller fotoner, varpå emissioner från dessa exciteras. Med en elektronspektrometer bestäms energispektrat hos de emitterade fotoelektronerna (Royston, 2013). 29

Referenser E-böcker Hites, Ronald A. och Raff, Jonathan D. 2012. Elements of Environmental Chemistry. New York: John Wiley & Sons. E-bok. Elektroniska uppslagsverk Nationalencyklopedin. 2013a. Kvicksilver. http://www.ne.se/lang/kvicksilver Nationalencyklopedin, Eldin, Lars Ivar. Hämtad: 2013-04-17. Nationalencyklopedin. 2013b. Escherichia. http://www.ne.se/lang/escherichia Nationalencyklopedin, Grubb, Rune. Hämtad: 2013-04-29. Rapporter Eklöf, Karin., Fölster, Jens och Bishop, Kevin. 2009. Kvicksilvertrender i svenska vattendrag. Rapport/Institutionen för vatten och miljö, SLU:1. Uppsala: Sveriges lantbruksuniversitet. Skyllberg, Ulf., Drott, Andreas., Lambertsson, Lars och Björn, Erik. 2006a. Förbättrad riskbedömning av kvicksilverförorenade sediment. Rapport/Naturvårdsverket: 5629. Stockholm: Naturvårdsverket. Tryckta källor Hoffman, David J., Rattner, Barnett A., Burton Jr, G. Allen och Cairns Jr, John. 2003. Handbook of Ecotoxicology. 4. uppl. Lewis Publishers. Lidman, Ulf. 2008. Toxikologi- läran om gifter. Sverige: Studentlitteratur Sverige. 30

Madigan, Michael T., Martinko, John M och Parker, Jack. 2000. Biology of Microorganisms. 9 ed. USA. ISBN 0-13-081922-0. Sadava, D., Hillis, D. M., Heller, H. C och Berenbaum, M. R. 2011. Life- the science of biology. 9 ed. W. H. Freeman and Company. Vetenskapliga artiklar: Belzile, Nelson., Lang, Chun-Yan., Chen, Yu-Wei och Wang, Mohui. 2008. The competitive role of organic carbon and dissolved sulfide in controlling the distribution of mercury in freshwater lake sediments. Elsevier B.V. Buffle, J. 1988. Complexation Reactions in Aquatic Systems. Ellis Horwood Ltd., Chichester. Canfield, D E., Thamdrup, B. och Kristensen E. 2005. Aquatic Geomicrobiology. Vol. 48. Elsevier. Choi, M.H., Cech, J.J. och Lagunas-Solar, M.C. 1998. Bioavailability of methylmercury to Sacramento blackfish (Orthodon microlepidotus): dissolved organic carbon effects. Environ. Toxicol. Chem. 17, 695 701. Deacon, G.B., 1978. Volatilisation of methyl-mercuric chloride by hydrogen sulphide. Nature (London) 275, 344. Drott, Andreas., Lambertsson, Lars., Björn, Erik och Skyllberg, Ulf. 2007. Importance of Dissolved Neutral Mercury Sulfides for Methyl Mercury Production in Contaminated Sediments. Environ. Sci. Technol. 2007, 41, 2270-2276. Drott, Andreas., Lambertsson, Lars., Björn, Erik och Skyllberg, Ulf. 2008. Potential demethylation rate determinations in relation to concentrations of MeHg, Hg and pore water specifiation of MeHg in contaminated sediments. Sveriges Lantbruksuniversitet och Umeå Universitet. Fathi, Mahsa., Ridal, Jeffrey J., Lean, David R.S. och Blais, Jules M. 2012. Do woodfibers from pulp mill affect the distribution of total and methyl mercury in river sediments? Journal of Great Lakes Research 39 (2013) 66-73. Fechel, T., King, G:M och Blackburn, T.H. 1998. Bacterial Biochemistry- The Ecophysiology of Mineral Cycling. 2 ed. Academic Press. San Diego, USA. 31

Fitzgerald, William F och Clarkson, Thomas W. 1991. Mercury and monomethylmercury- present and future concerns. Environ Health Perspect vol. 96 pp. 159-166. Gilmour, C. C., Henry, E. A. och Mitchell, R. 1992. Environ. Sci. Technol. 26, 2281. Hsu, Heileen och Sedlak, David L. 2003. Strong Hg(II) Complexation in Municipal Wastewater Effluent and Surface Waters. Environ. Sci. Technol. 2003, 37, 2743-2749. Jensen, S. och Jernelöv, A. 1969. Nature 223, 753 (1969). Kampalath, Rita A., Lin, Chu-Ching och Jay, Jennifer A. 2012. Influence of Zero-Valent Sulfur on Mercury Methylation in Bacterial Cocultures. Water Air Soil Pollut (2013) 224:1399 DOI: 10.1007/s 11270-012-1399-7. Mitchell, Carl P.J., Branfireun, Brian A och Kolka, Randall K. 2008. Assessing sulfate and carbon controls on net methylmercury production in peatlands: An in situ mesocosm approach. Applied Geochemistry 23 (2008) 503 518. Mitchell, Carl P.J och Gilmour, Cynthia C. 2008. Methylmercury production in Chesapeake Bay salt marsh. J Geophys Res. Vol. 113. Artikelnummer: G00C04. DOI: 10.1029/2008JG000765 Morel, F. M. M., Kraepiel, A. M. L och Amyot, M. 1998. The chemical cycle and bioaccumulation of mercury. Annu Rev Ecol Syst 1998;29:543 66. Ndu, Udonna., Mason, Robert P., Zhang, Huan., Lin, Senjie och Visscher, Pieter T. 2012. Effect of Inorganic and Organic Ligands on the Bioavailability of Methylmercury as Determined by Using a mer-lux Bioreporter. Appl. Environ. Microbiol. 2012, 78(20):7276. DOI: 10.1128/AEM.00362-12. Parks, Jerry M., Johs, Alexander., Podar Mircea., Bridou, Romain., Hurt, Richard A. Jr., Smith, Steven D., Tomanicek, Stephen J., Qian, Yun., Brown, Steven D., Brandt, Craig C., Palumbo, Anthony V., Smith, Jeremy C., Wall., Judy D., Elias, Dwayne A. och Liang, Liyuan. 2013. The Genetic Basis for Bacterial Mercury Methylation. Science 339, 1332 (2013); DOI: 10.1126/science.1230667 Porcella, D. 1994. Mercury in the environment: Biogeochemistry. CRC Press, Boca Raton, FL, pp. 3 19. Poulain, Alexandre J. och Barkay, Tamar. 2013. Cracking the Mercury Methylation Code. Science 339, 1280 (2013); DOI: 10.1126/science.1235591. Ravichandran, Mahalingam. 2003. Interactions between mercury and dissolved organic matter- a review. Chemosphere 55 (2004) 319 331. 32

Ringbom, A. 1963. Comlexation in Analythical Chemistry. Wiley, New York. Sanei, H och Goodarzi, F. 2006. Relationship between organic matter and mercury in recent lake sediment: The physical-geochemical aspects. Applied Geochemistry 21 (2006) 1900-1912. Schaefer, Jeffra K., Rocks, Sara S., Zheng, Wang., Liang, Liyuan., Gu, Baohua och Morel, Francois M. M. 2011. Active transport, substrate specificity, and methylation of Hg(II) in anaerobic bacteria. PNAS 2011 108 (21) 8714-8719; published ahead of print May 9, 2011, DOI:10.1073/pnas.1105781108. Selin, Noelle E. 2009. Global biogeochemical cycling of mercury: A review. Annual Review of Environment and Resources. Vol. 34 pp. 43-63. DOI: 10.1146/annurev.environ.051308.084314. Sellers, P., Kelly, C.A., Rudd, J.W.M och Machutchon, A.R. 1996. Photodegradation of methylmercury in lakes. Nature (London) 380, 694-697. Skyllberg, Ulf., Bloom, Paul R., Qian, Jin., Lin, Chung-Min och Bleam, William F. 2006b. Complexation of Mercury(II) in Soil Organic Matter: EXAFS Evidence for Linear Two-Coordination with Reduced Sulfur Groups. Environ. Sci. Technol. 2006, 40, 4174-4180. Skyllberg, Ulf och Drott, Andreas. 2010. Competition between Disordered Iron Sulfide and Natural Organic Matter Associated Thiols for Mercury(II)- An EXAFS Study. Environ. Sci. Tschnol. 2010, 44, 1254-1259. Templeton, Douglas M., Ariese, Freek., Cornelis, Rita., Danielsson, Lars-Göran., Muntau, Herbert., van Leeuwen, Herman P. och Lobinski, Ryszard. 2000. Guidelines for terms related to chemical speciation and fraction of elements. Definitions, structural aspects, and methodological approaches. Pure Appl. Chem., Vol. 72, No.8, pp. 1453-14.47, 2000. Shanley, J.B., Schuster, P.F., Reddy, M.M., Roth, D.A., Taylor, H.E. och Aiken, G.R. 2002. Mercury on the move during snowmelt in Vermont. EOS 83 (5), 45 48. Wiener, J.G., Krabbenhoft, D.P., Heinz, G.H. och Scheuhamer, A.M. 2003. Ecotoxicology of mercury. Handbook of Ecotoxicology, 2 ed. Lewis Publishers, FL, pp. 409-463. Zhang, Jinzhong., Wang, Feiyue., House, James D och Page, Bryant. 2004. Thiols in wetland interstitial waters and their role in mercury and methylmercury speciation. Limnology and Oceanography Vol. 49, No. 6 (Nov., 2004), pp. 2276-2286. 33

Zumdahl, Steven S. 2009. Chemical Principles. 6 ed. Brooks/Cole, Cengage Learning. Belmont, USA. ISBN-13: 978-0-538-73456-1. Webbsidor: ALS Scandinavia AB. 2013. http://www.alsglobal.se/als-scandinavia/analystekniker?c=1 Hämtad: 2013-04-30 Direct Industry. 2013. http://www.directindustry.com/prod/analytik-jena/cold-vapor-atomic-fluorescencespectrometers-cvafs-for-mercury-analysis-22483-51706.html Hämtad: 2013-04-30 EVISA. 2010. http://www.speciation.net/database/instruments/nippon-instruments-corporation/sp3d- Generalpurpose-fully-automatic-mercury-analyzer-;i1626 Hämtad: 2013-04-30 EVISA. 2012. http://www.speciation.net/public/document/2007/08/11/2930.html Senast uppdaterad: 2012-05-14 Hämtad: 2013-04-29 Goss, Kai Uwe. Helmholtz Centre for Environmental Research- UFZ. http://www.ufz.de/index.php?en=16627 Senast uppdaterad: 2011-12-13 Hämtad: 2013-04-30 Katzenellenbogen, Linda. 2007. http://www.chalmers.se/cee/sv/avdelningar/vmt/miljokemiska/instrument-utrustningar Chalmers tekniska högskola, Göteborg. Senast uppdateras: 2007-05-07 Hämtad: 2013-04-29 Lunds universitetsbibliotek. 2013. http://www3.ub.lu.se/infokompetens/bibl/ahci.html Hämtad: 2013-05-02 National Institute of Standards and Technology, U.S Department of Commerce. 2012. http://srdata.nist.gov/xps/intro.aspx Senast uppdaterad: 2012-09-15 Hämtad: 2013-04-30 NYU Department of Psycology. 2013. 34

http://www.psych.nyu.edu/cohen/three_way_anova.pdf Hämtad: 2013-04-30 Paynter, Royston. INRS-Energie, Matériaux et Télécommunications. 2013. http://csacs.mcgill.ca/francais/docs/chem634/xps_paynter_t.pdf Hämtad: 2013-04-30 PerkinElmer. 2013. http://www.perkinelmer.com/cmsresources/images/44-74386bro_2400seriesiichnsoelementalanalyzer.pdf Hämtad: 2013-04-29 P S Analytical. 2012. http://www.psanalytical.com/products/mercuryspeciation.html Hämtad: 2013-04-30 Scarrow, Robert C. Haverford Collage, Haverford PA. 2003. http://www.haverford.edu/chem/scarrow/exafs123/introduction%20to%20exafs.htm Hämtad: 2013-04-30 Schimadzu corporation. 2013a. http://www.shimadzu.com/an/toc/lab/toc-l3.html Hämtad: 2013-04-29 Schimadzu Europa. 2013b. http://eu.shimadzu.de/products/chromato/gc/accessories/td20/default.aspx Hämtad: 2013-04-30 Solunetti. 2006. http://www.solunetti.fi/se/solubiologia/spektrofotometria/ Hämtad: 2013-04-30 Thomson Reuters. 2013. http://thomsonreuters.com/products_services/science/science_products/az/web_of_science/ Hämtad: 2013-05-02 Web of Knowledge. 2013. http://apps.webofknowledge.com.ezproxy.ub.gu.se/select_databases.do?highlighted_tab= select_databases&product=ua&sid=y11ggbcon2ppnfpj@4l&last_prod=wos&cac heurl=no Hämtad: 2013-05-02 Werntoft, Ylva. 2011. Olika arbetens omfattning- Anvisningar för skriftliga uppgifter/examensarbeten. Umeå Universitet. 35

Bilagor Bilaga 1 Bilaga 1 Sökmatris över utvalda vetenskapliga artiklar. Databas Sökord Antal Valda artiklar träffar Web of Science Web of Science methyl mercury* organic matter* chemical speciation mercury* organic matter* thiols 12 Urval 1: fem stycken artiklar Urval 2: fyra stycken artiklar Urval 3: följande tre artiklar: - Drott, Andreas., Labertsson, Lars., Björn, Erik och Skyllberg, Ulf. 2007. Importance of Dissolved Neutral Mercury Sulfides for Methyl Mercury Production in Contaminated Sediments. Environ. Sci. Technol. 2007, 41, 2270-2276. - Skyllberg, Ulf., Bloom, Paul R., Qian, Jin., Lin, Chung-Min och Bleam, William F. 2006b. Complexation of Mercury(II) in Soil Organic Matter: EXAFS Evidence for Linear Two- Coordination with Reduced Sulfur Groups. Environ. Sci. Technol. 2006b, 40, 4174-4180. - Skyllberg, Ulf och Drott, Andreas. 2010. Competition between Disordered Iron Sulfide and Natural Organic Matter Associated Thiols for Mercury(II)- An EXAFS Study. Environ. Sci. Tschnol. 2010, 44, 1254-1259. 14 Urval 1: sex stycken artiklar om man räknar bort de tre som redan utvalts för studien i en tidigare sökning Urval 2: fem stycken artiklar Urval 3: följande tre artiklar: - Hsu, Heileen och Sedlak, David L. 2003. Strong Hg(II) Complexation in Municipal Wastewater Effluent and Surface Waters. Environ. Sci. Technol. 2003, 37, 2743-2749. - Ndu, Udonna., Mason, Robert P., Zhang, Huan., Lin, Senjie och Visscher, Peter T. 2012. Effect of 36

Web of Science methylation* sulfur* bacteria* sediment Inorganic and Organic Ligands on the Bioavailability of Methylmercury as Determined by Using a mer-lux Bioreporter. Appl. Environ. Microbiol. 2012, 78(20):7276. DOI: 10.1128/AEM.00362-12. - Zhang, Jinzhong., Wang, Feiyue., House, James D och Page, Bryant. 2004. Thiols in wetland interstitial waters and their role in mercury and methylmercury speciation. Limnology and Oceanography Vol. 49, No. 6 (Nov., 2004), pp. 2276-2286. 52 Urval 1: tolv stycken artiklar om man räknar bort den artikel som redan utvalts för studien i en tidigare sökning Urval 2: fyra stycken artiklar Urval 3: följande fyra stycken artiklar: - Fathi, Mahsa., Ridal, Jeffrey J., Lean, David R.S. och Blais, Jules M. 2012. Do woodfibers from pulp mill affect the distribution of total and methyl mercury in river sediments? Journal of Great Lakes Research 39 (2013) 66-73. - Kampalath, Rita A., Lin, Chu-Ching och Jay, Jennifer A. 2012. Influence of Zero-Valent Sulfur on Mercury Methylation in Bacterial Cocultures. Water Air Soil Pollut (2013) 224:1399 DOI: 10.1007/s 11270-012-1399-7. - Schaefer, Jeffra K., Rocks, Sara S., Zheng, Wang., Liang, Liyuan., Gu, Baohua och Morel, Francois M. M. 2011. Active transport, substrate specificity, and methylation of Hg(II) in anaerobic bacteria. PNAS 2011 108 (21) 8714-8719; published ahead of print May 9, 2011, DOI:10.1073/pnas.1105781108. - Gu, Baohua., Bian, Yongrong., Miller, Carrie L., Dong, Wenming., Jiang, Xin och Liang, Liyuan. 2010. Mercury reduction and complexation by natural organic matter in anoxic environments. PNAS vol. 108 no.4. 37

Bilaga 2 Bilaga 2 WHAM (Lofts, 2006). 38