Mercury dynamics in soil systems: A comprehensive study on natural and anthropogenic sources using elemental and isotopic analysis

Abstract

Human activities (in)directly affects the biogeochemical cycle of mercury (Hg) in the environment. However, many aspects of Hg behaviour remain poorly understood. In this thesis, three different case studies addressed two main themes: i) the influence of climate change on Hg re-emissions from fire-affected soils and ii) the fate and behaviour of Hg in soils contaminated by non-ferrous ore mining and smelting. The first study investigated total Hg concentrations in uncontaminated soil profiles and Hg pools in organic horizons to estimate the fire-induced Hg emissions from the soil during a wildfire in Portugal. Fire-undisturbed soil profiles displayed higher Hg concentrations (156 μg kg-1) in the organic horizons, decreasing with depth in the mineral horizons. The Hg pool in these organic horizons was estimated at 10.6 g ha- 1. We calculated the wildfire released up to 133 g of Hg from the forest floor within the 12.5 ha burned area, emphasising its dual role in Hg (im)mobilisation in a region increasingly affected by extreme fire-prone weather events. In the second study, Hg stable isotope ratios and solid phase speciation data were determined in soil profiles contaminated by historical Hg-Fe mining and smelting in Czechia (Jedová Hora). The total Hg soil concentration reached up to 17.8 mg kg-1....

Lidská činnost (ne)přímo ovlivňuje biogeochemický cyklus rtuti (Hg) v životním prostředí. Nicméně mnoho aspektů chování Hg zůstává stále málo pochopeno. V této práci byly provedeny tři případové studie, které se zaměřují na dvě hlavní témata: i) vliv změny klimatu na Hg reemise z půd postižených požáry a ii) chování a osud Hg v půdách kontaminovaných těžbou a hutnictvím neželezných rud. První studie se zabývala koncentracemi Hg v neznečištěných půdních profilech a Hg rezervoáry v organických horizontech za účelem stanovení odhadu emisí Hg způsobených lesními požáry v Portugalsku. Nezasažené půdní profily vykazovali vyšší koncentrace Hg (156 μg kg-1) v organických horizontech a následně s hloubkou do minerálních horizontů klesaly. Celkové množství Hg v organických horizontech bylo odhadnuto na 10,6 g ha-1. Bylo též spočteno, že se během požáru uvolnilo až 133 g Hg na ploše 12,5 ha z lesního organického horizontu, což zdůrazňuje jeho dvojí roli v (i)mobilizaci Hg v oblastech, které jsou stále více postiženy extrémním počasím podporujícím vznik požárů. Ve druhé studii byly stanoveny poměry stabilních izotopů Hg a speciace ve znečištěných půdních profilech kontaminovaných historickou těžbou Hg-Fe rud v České republice (Jedová hora). Celková koncentrace Hg v půdě dosahovala až 17,8 mg kg-1....