מנגן אינו מינרל רעיל במיוחד. למעשה, אנשים צריכים קצת בתזונה שלהם כדי להישאר בריאים.
מחקר באוניברסיטת וושינגטון בסנט לואיס הראה עם זאת, שבשילוב עם כימיקלים מסוימים אחרים, מנגן טבעי יכול להוביל לשינויים גדולים במים בצינורות עופרת.תלוי באילו חומרי חיטוי משתמשים במים, לשינויים הללו עלולות להיות השלכות משמעותיות - אפילו מסוכנות.
התוצאות פורסמו לאחרונה ב- Environmental Science and Technology.
המחקר מתמקד בצורה ייחודית של עופרת, PbO2 או עופרת דו-חמצנית (עופרת במצב חמצון פלוס-4). לעופרת דו חמצנית מסיסות מים נמוכה מאוד - היא לא מתמוססת בקלות במים בלבד. זה גם לא שכיח בטבע, בניגוד ל-PbCO3 המוכר יותר, קרבונט העופרת המרכיב את הקשקשים הנוטים להיווצר בצינורות.
"אתה לא מוצא PbO2 בסביבה כי אין חומר חמצון חזק", אמר דניאל גיאמר, פרופסור וולטר א. בראון להנדסת סביבה ב- בית הספר להנדסה מק'קלווי. "אבל חומרי חיטוי טובים הם לרוב חומרי חמצון טובים."
כלור הוא חומר חיטוי נהדר, עד כדי כך שהוא נמצא בשימוש נפוץ במי שתייה באמריקה וברחבי העולם. זה גם חומר מחמצן טוב ומקדם את הפיכתו של קרבונט עופרת לעופרת דו-חמצנית.
עם זאת, מסתבר שהתהליך אינו מהיר במיוחד, עובדה שמסתכסכת עם כמה מערכות בעולם האמיתי, אבל, לכאורה, לא עם אחרות.
"אם אתה מסתכל על מערכת שיש לה צינורות עופרת וכלור חופשי, אז אתה עושה את החישובים, אתה מצפה שלכל אחת תהיה עופרת דו-חמצנית על הצינורות", אמר גיאמר. "אבל אנחנו לא רואים את זה. זה גורם לנו לחשוב: משהו אחר משפיע אם מערכת מסוימת תסיים עם דו תחמוצת עופרת על פני השטח הפנימיים שלה.
"זה המקום שבו המנגן נכנס לתמונה."
בנוכחות של חומרים מחמצנים, מנגן יכול לשנות בקלות מצבי חמצון; אם המנגן בא במגע עם כלור, הוא מתחמצן והופך לתחמוצת מנגן. הן במודלים ממוחשבים והן בניסויים שחיקו צינורות מים - עם מי ברז מלאכותיים - מצאה המעבדה של גיאמר שתחמוצת המנגן פעלה כזרז, והגדילה את קצב ההמרה מעופרת קרבונט לעופרת דו חמצנית בשני סדרי גודל.
"הכלור הוא עדיין המגיב שמניע את המרת העופרת, אבל תחמוצת המנגן פועלת כזרז כדי להפוך אותו למהיר יותר", אמר גיאמר.
מחקר זה עשוי בהחלט לעזור ליידע את האופן שבו אינטראקציות כימיות אחרות משפיעות על שיעורי הפיכת העופרת. "אילו דברים אחרים שאינם עופרת עשויים להשפיע על התעריפים האלה?" שאל גיאמר. "האם תחמוצות ברזל עושות את זה? אלומיניום זה גם משהו שנלמד."
מחקר נוסף על הבנת התגובות המשפיעות על קצב הטרנספורמציה של עופרת ומשפיע אחרת על זמינות העופרת במים יוביל ליותר מפריצות דרך במעבדה. יהיו להם השלכות אמיתיות על הבריאות.
קח למשל את וושינגטון די.סי בשנת 2000.
רשות המים והביוב של המחוז שינתה מחומר חיטוי כלור לחזק פחות שנקרא כלורמין מכיוון שהכלור יצר כמה תוצרי לוואי לא נעימים. אבל הייתה תוצאה בלתי צפויה.
"כאשר רשות המים החליפה את חומר החיטוי, דו-תחמוצת העופרת בסולם הצינורות כבר לא הייתה יציבה", אמר. "זה התמוסס במהירות ויצר ריכוזים גבוהים של עופרת במי הברז."
האירועים ב-DC גרמו למערכות אחרות המשתמשות בכלור חופשי להתחיל לשאול שאלות אם הן צריכות להיות מודאגות לגבי דו תחמוצת העופרת אם הן יעברו לכלורמין. מעניין שמערכות רבות מבחינות בעופרת דו-חמצנית בקשקשים בקווי שירות עופרת, אך מערכות אחרות לא. ריכוזים משתנים של מנגן בין מערכות מים ציבוריות עשויים להסביר את ההבדלים הללו.
"איך אתה מתכוון לטפל במים שלך תלוי במקור ובהרכב שלהם, גם בתשתית שלך", אמר גיאמר. "אין גודל אחד שמתאים לכולם."
הגילוי הזה היה תאונה.
המעבדה ערכה ניסוי נוסף עם מי ברז מלאכותיים בצינורות עופרת וטיפלה בהם בכלור כדי לראות אם הם יכולים ליצור דו-תחמוצת עופרת.
הם כללו חומרים הנפוצים במי ברז: סידן, מגנזיום, נתרן וכלוריד. "היתה סטודנטית חדשה שעבדה על הפרויקט, ובמקום להוסיף מגנזיום, היא הוסיפה מנגן", אמר גיאמר.
ואז הדברים נעשו מוזרים. "המים היו צלולים, פתאום הם היו עכורים ושחורים."
היו הרבה משקעי עופרת במשך כמה שבועות, אבל אז הם דעכו.
"פתחנו את הצינורות והסתכלנו," אמר גיאמר. "אה, יש לנו את דו-תחמוצת העופרת שניסינו להכין." המנגן פשוט האיץ את התהליך.
