Contamination croissante des écosystèmes marins par des métaux tels que le mercure, cadmium, le chrome et le nickel est une préoccupation environnementale mondiale, parce que des concentrations élevées de métaux peuvent présenter des dangers pour les organismes marins, et les humains qui peuvent consommer des fruits de mer contaminés. Définir des critères de qualité de l'eau (WQC) pour les métaux (c. limites de sécurité environnementale) est une étape essentielle pour évaluer et réguler les niveaux de risque en milieu marin, et offrant ainsi une protection aux organismes marins et à l'intégrité des écosystèmes.

Maintenant, la méthode actuelle pour dériver le WQC des métaux en Australie, L'Europe et l'Amérique du Nord est principalement basée sur des données de laboratoire générées en effectuant des tests de toxicité avec des organismes marins dans des conditions de laboratoire fixes (par exemple, une combinaison fixe de température et de salinité). Un tel WQC dérivé de laboratoire peut ne pas protéger les écosystèmes marins parce que les conditions environnementales dans l'environnement naturel sont souvent très différentes de celles du laboratoire. En réalité, les conditions environnementales varient selon les différentes régions géographiques (par exemple les régions tropicales par rapport aux régions tempérées) ; même dans la même région, les conditions environnementales telles que la température de l'eau et la salinité changent selon les saisons. De tels changements peuvent influer considérablement sur la toxicité des métaux pour les organismes marins.

Durant la dernière décennie, les scientifiques de l'environnement ont cherché un moyen de prédire les toxicités des métaux et de dériver leur WQC pour protéger la biodiversité et l'intégrité des écosystèmes marins avec différentes conditions environnementales. Cette tâche est extrêmement importante pour la protection de l'environnement.

Professeur Kenneth Leung, Le directeur adjoint de l'École des sciences biologiques et scientifique de l'Institut Swire des sciences marines de HKU et des collaborateurs internationaux ont abordé conjointement ce problème mondial. L'équipe a passé trois ans à développer un nouveau modèle empirique pour estimer les toxicités et dériver la WQC pour les métaux et les métalloïdes dans les environnements marins côtiers avec des régimes de température et de salinité variables. Leur méthode est basée sur une intégration des distributions de sensibilité des espèces (SSD) basées sur la température et la salinité avec un modèle de relations quantitatives ioniques (QICAR), tandis que certaines parties des résultats de leur modèle sont validées avec des données empiriques. L'équipe a également analysé les données environnementales en temps réel de la température et de la salinité de la surface de la mer dans différentes parties du monde et a appliqué son modèle pour dériver le WQC provisoire spécifique au site pour plus de 30 métaux et métalloïdes.

L'équipe de recherche a utilisé les mégadonnées et développé le nouveau modèle pour prédire la toxicité des métaux et dériver leur WQC spécifique au site dans les environnements marins du monde entier. Cette innovation importante a été publiée dans le dernier numéro de la revue internationale Sciences et technologies de l'environnement .

Les résultats indiquent que la toxicité des métaux pour les organismes marins augmente généralement avec l'augmentation de la température de l'eau de mer, mais les toxicités des métaux sont les plus faibles à une salinité optimale et augmentent lorsque la salinité augmente ou diminue par rapport à la salinité optimale. Si un WQC d'un métal est dérivé d'une expérience de laboratoire menée à une température et une salinité optimales, un tel WQC est peu susceptible d'être protecteur pour les organismes marins vivant dans un environnement avec une température plus élevée et une salinité plus faible.

Les résultats suggèrent également que les espèces marines vivant dans les eaux plus chaudes de la région tropicale (y compris Hong Kong et le sud de la Chine) sont plus sensibles aux toxicités des métaux que leurs homologues tempérées. De nombreux gouvernements en Asie tels que Hong Kong et la Corée utilisent souvent des données de toxicité tempérées pour dériver le WQC ou adoptent directement le WQC généré en Europe et en Amérique du Nord, mais de telles utilisations de substitution de l'information tempérée pour protéger les écosystèmes marins tropicaux posent une grande incertitude quant à la marge de sécurité.

La nouvelle méthode développée par l'équipe améliorera considérablement la gestion des métaux et des métalloïdes dans les environnements marins côtiers du monde entier, car les autorités environnementales peuvent utiliser cette méthode pour dériver une WQC provisoire spécifique au site afin de faciliter une meilleure protection des écosystèmes en tenant compte des conditions environnementales spécifiques et des influences potentielles du changement climatique mondial.

Le professeur Wu Fengchang a déclaré :« Le professeur Kenneth Leung et son équipe de l'HKU ont déjà révélé les profils de toxicité dépendant de la température et de la salinité de divers polluants et ont produit les ensembles de données empiriques pertinents, tandis que notre équipe au CRAES est bonne dans la modélisation quantitative des relations structure-activité pour les toxicités des métaux. Notre complémentarité de connaissances et de compétences est un prérequis à la réussite de ce projet collaboratif. Nous sommes très heureux de travailler ensemble."

Le professeur Wu estime également que les résultats de cette étude seront d'un énorme avantage pour dériver le WQC des métaux pour différentes parties des environnements marins en Chine et au-delà.

Le professeur Kenneth Leung a déclaré :« À Hong Kong, la salinité dans les eaux marines occidentales est relativement faible en raison des rejets d'eau douce de la rivière des Perles, alors que la salinité dans les eaux orientales est constamment élevée en raison de l'influence dominante des courants océaniques de l'océan Pacifique et de la mer de Chine méridionale. Compte tenu de ces différences de salinité, la méthode développée par l'équipe peut être facilement appliquée pour dériver des WQC provisoires spécifiques au site des métaux pour permettre une meilleure protection des écosystèmes marins de l'est et de l'ouest de Hong Kong, respectivement."

"Notre nouvelle méthode permet non seulement à différents pays de dériver des WQC de métaux spécifiques au site pour la sauvegarde de leurs environnements marins, il apportera également des avantages socio-économiques aux sociétés du monde entier. C'est parce que nous pouvons réduire le nombre de tests de toxicité, utiliser moins de produits chimiques dans les tests, tuer moins d'animaux, et économiser beaucoup d'argent et de temps pour effectuer de tels tests. » a ajouté le professeur Leung.

L'équipe de recherche étudiera plus en détail l'influence de la matière organique dissoute et en suspension sur la toxicité des métaux dans l'eau de mer, en vue d'améliorer leur modèle. Ils utiliseront également les données de surveillance sur le terrain des concentrations de métaux et de la biodiversité marine pour valider leur CQE provisoire dérivé dans différents plans d'eau.