DOI: https://doi.org/10.1080/10643389.2024.2406992
تاريخ النشر: 2024-10-04
المؤلف: Marion Revel وآخرون
الموضوع الرئيسي: الجيوكيمياء والتحليل العنصري
نظرة عامة
تسلط الأبحاث المراجعة الضوء على القلق المتزايد حول العناصر الأرضية النادرة (REE) كملوثات ناشئة بسبب استخدامها الواسع في التكنولوجيا، مما يؤدي إلى زيادة التركيزات البيئية التي قد تؤثر سلبًا على النظم البيئية المائية. أظهر تحليل شامل لـ 38 دراسة أن العناصر الثقيلة من REE تكون عمومًا أكثر سمية للكائنات المائية من العناصر الخفيفة، مع تداعيات كبيرة على منهجيات الاختبار البيولوجي. تشمل العوامل الرئيسية التي تؤثر على السمية البيئية تعقيد REE مع الأيونات مثل الفوسفات والكربونات، والتي يمكن أن تقلل من توافر REE حيويًا وقد تخفي آثارها السامة. تؤكد المراجعة على الحاجة إلى مزيد من البحث، خاصة في البيئات البحرية والسياقات متعددة الأنواع، لفهم أفضل للتفاعلات والديناميات السمية لـ REE.
كما تبرز النتائج التباين في نتائج السمية البيئية عبر الدراسات، والذي يُعزى إلى اختلافات في ظروف التعرض، والنقاط النهائية، وأملاح REE المحددة المستخدمة. على سبيل المثال، كانت قيم EC50 لنفس الأنواع المعرضة لـ La تختلف بشكل كبير، مما يشير إلى عدم اتساق في نتائج الاختبار البيولوجي. تم تحديد عوامل مثل صلابة الماء ودرجة الحموضة كمعلمات حاسمة تؤثر على سمية REE، حيث يمكن أن تقلل صلابة الماء العالية من السمية من خلال المنافسة مع أيونات الكالسيوم. تدعو المراجعة إلى تحسين التصاميم التجريبية التي تأخذ في الاعتبار هذه المتغيرات المربكة لتعزيز موثوقية تقييمات المخاطر المتعلقة بـ REE في البيئات المائية.
مقدمة
تناقش مقدمة ورقة البحث العناصر الأرضية النادرة (REE)، والتي تشمل 15 عنصرًا من اللانثانيدات (الأرقام الذرية من 57 إلى 71) بالإضافة إلى السكنديم (Sc) والإيتريوم (Y). على الرغم من تسميتها “نادرة”، إلا أن هذه العناصر وفيرة نسبيًا في قشرة الأرض، حيث أن السيريم (Ce) شائع مثل النيكل (Ni) والنحاس (Cu). تظهر اللانثانيدات خصائص فيزيائية وكيميائية مشابهة، تتأثر بتقلص اللانثانيد، مما يؤدي إلى انخفاض في نصف القطر الذري مع زيادة الرقم الذري بسبب الشحنة النووية الفعالة. في المحاليل المائية، توجد REE بشكل رئيسي في حالة أكسدة ثلاثية (+3)، مع حدوث محدود لحالات أكسدة أخرى.
تاريخيًا، تم اعتبار REE تشكل مخاطر بيئية ضئيلة بسبب ذوبانها المنخفض والافتراض بأن الأيونات الثلاثية الحرة فقط هي المتاحة حيويًا. وبالتالي، لا توجد معايير تنظيمية محددة لـ REE، بما في ذلك حدود مياه الشرب. ومع ذلك، أدى الطلب المتزايد على REE في التقنيات المتقدمة، لا سيما في قطاعات السيارات والطاقة المتجددة، إلى زيادة الانبعاثات البيئية. هذه الزيادة البشرية في تركيزات REE في نظم بيئية مختلفة تثير القلق بشأن الآثار السلبية المحتملة على صحة الإنسان والبيئة، مما أدى إلى زيادة في الأبحاث العلمية التي تركز على سمية REE (البيئية).
مناقشة
تسلط قسم المناقشة في ورقة البحث الضوء على تزايد الأدبيات حول الآثار السمية البيئية للعناصر الأرضية النادرة (REE) على مدار العقد الماضي، مع التركيز بشكل خاص على سمومها المائية. تشير إلى أنه على الرغم من إجراء العديد من الدراسات، إلا أن العديد منها ركزت على REE الفردية أو بيئات محددة، مثل النظم البيئية للمياه العذبة أو البحرية. تهدف المراجعة إلى تجميع المعرفة الحالية حول سمية REE المستخدمة بشكل شائع عبر مختلف البيئات المائية، مع التأكيد على الحاجة إلى فهم شامل لمخاطرها البيئية والمنهجيات المستخدمة في تقييمات السمية البيئية.
يكشف التحليل عن فجوات كبيرة في الأبحاث الحالية، خاصة فيما يتعلق بتأثيرات REE على الكائنات البحرية والرواسب، حيث تركزت معظم الدراسات على الأنواع المائية العذبة. تحدد المراجعة أن تركيزات REE في النظم المائية تتأثر بكل من العمليات الجيولوجية الطبيعية والأنشطة البشرية، مثل التعدين والتصريفات الصناعية. تؤكد على أهمية النظر في الأنواع الكيميائية وعمليات الامتصاص عند تقييم سمية REE، حيث تؤثر هذه العوامل بشكل كبير على توافرها الحيوي وآثارها البيئية المحتملة. تشير النتائج إلى أنه على الرغم من أن REE ليست عناصر أساسية، إلا أنها يمكن أن تتراكم حيويًا في كائنات مختلفة، مما يثير القلق بشأن آثارها البيئية طويلة الأمد والحاجة إلى مزيد من البحث لسد الفجوات المعرفية الحالية.
DOI: https://doi.org/10.1080/10643389.2024.2406992
Publication Date: 2024-10-04
Author(s): Marion Revel et al.
Primary Topic: Geochemistry and Elemental Analysis
Overview
The reviewed research highlights the growing concern surrounding rare earth elements (REE) as emerging pollutants due to their extensive use in technology, leading to increased environmental concentrations that may adversely affect aquatic ecosystems. A comprehensive analysis of 38 studies revealed that heavy REE are generally more toxic to aquatic organisms than light REE, with significant implications for bioassay methodologies. Key factors influencing ecotoxicity include the complexation of REE with ions such as phosphates and carbonates, which can reduce the bioavailability of REE and potentially mask their toxic effects. The review emphasizes the need for further research, particularly in marine environments and multi-species contexts, to better understand the interactions and toxicodynamics of REE.
The findings also underscore the variability in ecotoxicity results across studies, attributed to differences in exposure conditions, endpoints, and the specific REE salts used. For instance, the EC50 values for the same species exposed to La varied significantly, indicating inconsistencies in bioassay outcomes. Factors such as water hardness and pH were identified as critical parameters affecting REE toxicity, with higher water hardness potentially reducing toxicity through competition with calcium ions. The review calls for improved experimental designs that account for these confounding variables to enhance the reliability of risk assessments related to REE in aquatic environments.
Introduction
The introduction of the research paper discusses the Rare Earth Elements (REE), which include the 15 lanthanides (atomic numbers 57 to 71) along with scandium (Sc) and yttrium (Y). Despite their designation as “rare,” these elements are relatively abundant in the Earth’s crust, with cerium (Ce) being as common as nickel (Ni) and copper (Cu). The lanthanides exhibit similar physical and chemical properties, influenced by the lanthanide contraction, which results in a decrease in atomic radius with increasing atomic number due to the effective nuclear charge. In aqueous solutions, REE predominantly exist in a trivalent (+3) oxidation state, with limited occurrences of other oxidation states.
Historically, REE have been considered to pose minimal environmental risks due to their low solubility and the assumption that only free trivalent ions are bioavailable. Consequently, there are no specific regulatory standards for REE, including drinking water limits. However, the rising demand for REE in advanced technologies, particularly in the automotive and renewable energy sectors, has led to increased environmental emissions. This anthropogenic elevation of REE concentrations in various ecosystems raises concerns about potential negative impacts on human health and the environment, prompting a surge in scientific research focused on REE (eco)toxicity.
Discussion
The discussion section of the research paper highlights the increasing body of literature on the ecotoxicological effects of rare earth elements (REE) over the past decade, particularly focusing on their aquatic toxicity. It notes that while numerous studies have been conducted, many have concentrated on individual REE or specific environments, such as freshwater or marine ecosystems. The review aims to synthesize existing knowledge on the toxicity of commonly used REE across various aquatic environments, emphasizing the need for a comprehensive understanding of their environmental risks and the methodologies employed in ecotoxicity assessments.
The analysis reveals significant gaps in the current research, particularly regarding the effects of REE on marine organisms and sediments, with most studies focusing on freshwater species. The review identifies that REE concentrations in aquatic systems are influenced by both natural geological processes and anthropogenic activities, such as mining and industrial discharges. It underscores the importance of considering chemical speciation and adsorption processes in assessing REE toxicity, as these factors significantly affect their bioavailability and potential ecological impacts. The findings suggest that while REE are not essential elements, they can bioaccumulate in various organisms, raising concerns about their long-term environmental effects and the need for further research to fill existing knowledge gaps.