文献阅读 | 手工业和小规模采金业的大气汞排放对全球健康的影响

题目

Global health impact of atmospheric mercury emissions from artisanal and small-scale gold mining

作者

Qiaotong Pang; Jing Gu; Haikun Wang and Yanxu Zhang*

期刊

iScience

时间

2022年9月

一作

单位

School of Atmospheric Sciences, Nanjing University, Nanjing, Jiangsu 210023,China

链接

https://doi.org/10.1016/j.isci.2022.104881

摘要

手工和小规模金矿开采业（ASGM）是Hg（全球神经毒素）的主要来源。之前的研究集中于对矿工和附近居民的健康影响分析，而该研究通过使用一个综合的大气-陆地-海洋-生态系统和暴露-风险-评估模型框架来估计全球普通人口的风险。结果表明，ASGM源对当今大气汞沉降量、浮游生物甲基汞浓度和土壤总汞浓度的贡献率分别为12%、10%和0.63%，每年导致全球普通人口智商下降5.83105个点，死亡1,430人。ASGM对全球健康的货币化影响(1,540亿美元)是对其本地影响的1.5倍，占ASGM总收入(3,190亿美元)的一半。本文还揭示了健康影响与经济收益之间的重大空间脱钩，表明由全球北方资助提高认识、能力建设和技术转让等干预措施是具有成本效益的。

引言

       鉴于能与金形成汞合金的独特性质，汞 (Hg) 尽管是一种与胎儿神经认知缺陷和成人心血管疾病相关的强效神经毒素，但仍已被广泛用于手工业和小规模采金业的从世界各地的低品位矿石中提取黄金的生产过程。在这个过程中，汞被添加到矿石浆液中形成金-汞合金，然后在明火中燃烧以蒸发汞，只留下黄金。随着黄金价格的飙升，ASGM估计每年生产约600吨黄金，占当今全球黄金产量的20%，并支持70多个国家的1500多万名矿工的生计。与此同时，每年消耗的汞超过1600公吨，其中大部分被释放到大气和水环境中。目前，ASGM已成为全球大气中人为汞排放的最大来源(每年675-1000公吨，占总排放量的37%)，超过燃煤发电厂。2017年生效的《关于汞的水俣公约》第7条专门针对这一来源。

       ASGM严重增加了矿场附近环境中的汞含量，并对矿工和附近居民造成了重大的健康影响。由于汞在大气中的寿命很长(0.5-1年)，ASGM的大气汞排放也可以全球输送，并成为其全球生物地球化学循环的一部分。因此，ASGM的大气汞排放可以沉积到远离其排放区的陆地和水生生态系统中，并通过厌氧生物将其转化为更有毒的形式--甲基汞(MeHg)。甲基汞具有生物累积性，可大量集中在食物网中。因此，食用含有从ASGM排放中转移的甲基汞的食品(例如淡水鱼、海鲜和大米)可能会对全球范围内的人群普遍产生重大的健康影响。然而，过去的研究主要集中在对矿工和附近居民的健康影响上，却对全球人口的普遍影响基本上没有系统研究。

该研究估计了ASGM大气汞排放对全球人群的普遍健康影响，这有助于对这一活动进行成本效益分析，并为潜在的控制政策提供信息。一个综合大气-陆地-海洋-生态系统和暴露-风险-评估模型框架在本研究中被用于跟踪20世纪70年代以来的历史ASGM汞排放。该框架包括三维大气和海洋模型以及二维陆地模型。在一种情景下，我们只考虑ASGM的汞排放，而在另一种情景下，我们考虑所有的人为和自然排放。由于所有的运输、化学和生物地球化学转化都被模拟为线性过程，模拟的环境浓度的比率可以用来诊断ASGM来源对食物甲基汞水平的贡献，然后根据摄入量清单和基于流行病学的剂量-反应关系计算人类暴露和风险。该研究分析了不同国家ASGM引起的风险的空间分布，并评估了健康影响的经济价值。此外还讨论了控制这一污染源的政策含义。

结果与讨论

（1）ASGM对环境汞水平的贡献

       根据 EDGAR 数据，1970-2012 年间手工和小规模采金的累积汞排放量为 15,400 公吨，其中大部分排放分布在撒哈拉以南非洲（32%，4970 吨）、南美洲（29%，4470 吨）和热带亚洲（17%， 2610 吨）。 

      模拟的2012年全球平均浮游生物甲基汞浓度为0.59 fmol·L^-1 (1 fmol=10^-15 mol)海水，最大浓度出现在生物多产的热带和高纬度海洋。我们发现ASGM源对全球平均浮游生物甲基汞浓度的贡献(10.4%)略低于大气沉降量的贡献，反映了地下水体上升流受ASGM源的影响较小。由于汞储量大，ASGM源对土壤总汞浓度的影响相当小 (0.63%)，其空间分布与大气沉积相似。环境中的汞水平随着ASGM排放量的增加而呈非线性趋势，尽管它们的空间格局似乎是稳定的。例如，在1970-2012年期间，ASGM的汞排放量增加了6.8倍，而模拟的相关大气沉降量仅增加了5倍。这是ASGM过去沉积的汞在陆地和海洋中的再排放增加所致。

Figure 1 ASGM汞的排放及其在环境中的积累趋势

（2） ASGM相关的健康风险分析

      2012年与ASGM来源相关的甲基汞暴露的全球健康风险计算为智商(IQ)下降5.83×10⁵点，死亡1,430人，全球经济总估值为每年71亿美元(按2020年美元价值购买力平价调整，下同)(图2)。健康影响是根据食物摄入量清单和文献收集的食物甲基汞浓度计算的。根据模拟的环境汞水平估算了ASGM来源对食品甲基汞暴露的贡献。评估了两种健康风险：新生儿智商下降和成人致命心脏病发作(FHA)，分别基于新生儿终身收入损失(EL)和统计寿命价值(VSL)进行货币化(见STAR方法中的详细信息)。总体而言，与ASGM-甲基汞暴露于普通人群相关的经济损失中，53%是由智商下降(38亿美元)造成的，47%是由FHA死亡(34亿美元)造成。

        与黄金开采相关的经济损失的地理分布(图2A)与其排放量的地理分布(图1B-图1D)以及通过黄金生产获得的相关经济收益(图2B)有很大不同。2012年，大部分亏损发生在欧洲(33.2%，24亿美元)和亚洲(31.7%，23亿美元)，其次是北美(25.3%，18.1亿美元)，而非洲(4.3%，3.1亿美元)，南美洲(3.0%，2.1亿美元)和大洋洲(2.5%，1.7亿美元)只贡献了剩余的9.8%。欧洲和北美的高经济损失反映了它们更发达的经济体，单位智商损失的收入损失更高(Bellanger等人，2013年)，这些地区的VSL也更高(Giang和Selin，2016)。亚洲的高损失是由庞大的人口和中高收入经济体(如中国、日本和韩国)的存在造成的。就个别国家而言，美国(16亿美元)、中国(6.4亿美元)、俄罗斯(6.1亿美元)和日本(5.6亿美元)遭受的损失最大(图2)。法国(2.6亿美元)、德国(2.5亿美元)、印度尼西亚(1.9亿美元)、加拿大(1.6亿美元)和巴西(1.2亿美元)等海产品消费量相对较大的国家也出现了重大损失(图2)。

         1970-2012 年间，全球手工和小规模采金活动造成的累计经济损失总额估计为 1540 亿美元（贴现率为 3%，图 3A）。估计损失从 1970 年 5.9 亿美元（由 8.53104 点 IQ 下降和 119 例 FHA 死亡造成）增加到 2012 年 71 亿美元（5.83105 点 IQ 下降和 1,430 例死亡），平均年增长率为 6.1%。这反映与 ASGM 来源相关的食物甲基汞暴露量增加。近十年来，黄金价格下跌了高达 25%，这表明矿工的利润可能会降低。然而，黄金产量在此期间一直在增加，可能会弥补较低的价格，这可能意味着更多的手工和小规模采金活动。多代理平均值显示出略微增加的趋势，到 2021 年达到 850 公吨，单个代理表明这一时期的排放量在 550 到 1000 公吨之间，这与环境署（2018 年）和 Streets 等人的估计一致。（2019）。这说明了 ASGM 的持久性，现在我们需要按照《水俣公约》的要求采取行动。

Figure 2  2012年ASGM汞排放的货币化健康影响和经济收益

（3）健康风险比较

       ASGM来源对全球普通人群健康影响的经济价值占该来源所生产黄金的总收入（或矿工收入）的 48.3%（图 2B）。根据年产量和金价计算，1970-2012 年间 ASGM 黄金生产的总累计价值为 3190 亿美元（图 3A）。收入从 1970 年的 9700 万美元增加到 2012 年的 343 亿美元，比黄金产量（1970 年的 86 吨增加到 2012 年的 590 吨）要快得多，因为金价大幅上涨，尤其是在 2005 年之后（从 35 英镑1970 年 1 盎司到 2005 年 420 盎司 1 美元和 2012 年 1776 盎司 1 美元）。年度亏损/收益比率为由于环境汞水平对 ASGM 排放的快速响应（图 1B-1D），在第一个十年中更高（50%–150%）。该比率在 1980-2005 年间相对稳定（60%-70%），随着金价的变化略有变化。该比率在 2005-2012 年间急剧下降（2012 年降至 20%），反映了黄金价格的快速上涨（图 3A）。这确实是汞排放的一个问题，因为采矿活动更有利可图，可能会吸引更多的矿工。我们预计该比率在近十年将趋于平稳，反映了金价的平稳（图 3B）。

       手工和小规模采金源对全球普通人群造成的年度健康影响的经济价值（71 亿美元）占 Zhang 等人计算的与甲基汞暴露相关的全球总健康影响（1170 亿美元）的 6.0%。这部分确实小于手工和小规模采金源对目前汞排放总量的贡献（37%）。这是因为与燃煤电厂和水泥生产等其他来源相比，手工和小规模采金的排放历史相对较短。这一比例还反映了 ASGM 来源对多个环境区室（大气沉积、浮游生物和土壤）和食物类别的贡献的复合效应。甲基汞暴露与其健康风险之间的剂量反应关系不一定是线性的。这对于制定汞排放控制政策具有非常重要的意义：我们需要考虑排放的历史趋势，将汞风险归因于不同的部门和来源。

       研究发现ASGM给全球人群的普遍健康风险是 ASGM 矿工和社区自身风险的 1.5 倍。到目前为止，还没有对风险进行全球规模的定量估计，但长期以来，他们一直被认为是受影响最大的人群之一，其中包括土著人民、北极人口、鱼类消费者、牙科工作者和生活在附近的污染场地。ASGM 矿工（1500 万）和附近社区占全球总人口的 0.4%。ASGM 人群的尿液、血液和头发 Hg 水平中位数通常比一般人群高 10 倍。粗略的一阶估计表明，对这一人群施加的风险幅度是所有来源引起的一般人群全球总甲基汞暴露风险的 4%。这一发现证实了不仅要考虑当地影响，还要考虑与 ASGM 相关全球影响。

Figure 3 手工和小规模采金汞对健康的影响趋势

（4）政策启示

       研究通过量化其全球影响发现了 ASGM 的显著外部性，并揭示了健康影响（主要在全球北部）与其收入（主要在全球南部）之间的主要空间脱钩。这些发现有助于为全球北方提供经济激励，以提供经济技术的制度支持和干预。这些干预措施可以侧重于 ASGM 社区和国家的意识提高、能力建设和技术的转让，南美洲、东南亚和撒哈拉以南非洲的许多试点项目已证明这些措施是有效的。然而，这些措施的规模以及空间和时间覆盖范围往往受到资金可用性的限制。文献中仍然缺乏对确切资金需求的全球估计。先前的研究发现，为每个矿工配备低成本的蒸馏器，可有效降低汞使用成本 约3 亿美元（每个蒸馏器的平均成本为 20 美元），这是一个较低的估计，但相比于手工和小规模采金对全球健康的影响小了2-3个数量级。事实上，手工和小规模采金对健康造成的影响在很大程度上被视为仅对采矿国的矿工和附近社区而言的当地问题。我们的研究结果表明，手工和小规模采金也是一个需要全球协调战略的全球性问题，国际干预具有很高的成本效益。

       可以在国际金融援助和其他政策或措施之间产生协同作用。例如，禁止汞开采和限制汞贸易会提高汞价格，这可能会鼓励矿工采用无汞采矿技术。作为国家行动计划的一部分，接受财政帮助的国家政府还负责法律、政治和行政问题。商品认证等基于市场的机制也可以激励对环境负责的矿工和买家（尤其是在珠宝选择方面）。事实上，遏制 ASGM 来源的 Hg 排放具有挑战性，而正在进行的 COVID-19 也严重打击了 ASGM 社区。《水俣公约》一直关注个别国家制定和实施其国家行动计划。我们的研究进一步强调了国际援助的重要性，这有利于全球健康和当地生计。

通讯作者简介

张彦旭，南京大学大气科学学院教授、博导、国家高层次青年人才计划入选者、江苏省双创人才。曾获全国百篇优秀博士学位论文奖。2006年大学本科毕业于北京大学环境科学系，随后于2010年和2013年分别获得了北京大学和美国华盛顿大学的博士学位。2013年至2017年在美国哈佛大学从事博士后研究，并在格雷丁环境咨询公司担任环境科学家。2019年起担任哈佛大学管理的国际著名模式GEOS-Chem模式科学指导委员会委员以及“汞和持久性有机污染物”工作组组长。  

      研究领域包括大气和海洋环境化学、持久性污染物的生物地球化学循环、气候变化和人为排放对环境质量和人体健康的影响等。共发表SCI论文50余篇，发表刊物包括美国科学院院刊(PNAS)、自然通讯(Nature Communications)、One Earth等全球知名期刊。研究成果多次被路透社，美国地调局，哈佛大学主页等国际媒体报道。论文目前累计共被引用次数近3000次，H指数24，并多次为丹麦环境部、日本国立环境研究所和国家能源研究所提供咨询报告。

编辑：潘羽杰

排版：潘羽杰

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