海洋の水銀汚染
水銀の排出には自然現象によるものと人為的なものの両方がある。自然現象によるものは、火山活動や土壌からの放出が主な原因である。 火山の噴火によって、地中に蓄積されている水銀が放出される。また、土壌からの流出は、一般にプレート境界近傍の地域でみられる。プレート境界の土壌には、例えば硫化水銀を含有する辰砂などの水銀を含有する鉱物が豊富なためである。これら土壌中の水銀は岩石の風化や地熱による反応によって放出される 。
自然現象による水銀の放出は総排出量の一定の割合を占めるものの、人為的排出のみによって環境中の水銀濃度は3倍に増加してしまった。世界水銀アセスメント2013では、主たる人為的排出源は、原始的で小規模な金の採掘、化石燃料の燃焼、非鉄金属の生産などであるとした。セメントの生産、消費者製品の廃棄なども汚染を引き起こす。またクロールアルカリ工業(英語版)も少ない割合ではあるが汚染を引き起こす。
水銀は様々な経路で海洋に流入する。大気沈着(英語版)が最も大きな原因であり、主に3種類の水銀種が海に流入する。単体の気体水銀は海水と大気の交換を通して流入し、また無機水銀および粒子水銀は湿性沈着または乾性沈着により流入する。加えて、河川、三角江、沈降、熱水作用などによる流入もある。一旦海洋に放出されると、これらの水銀種は酸化還元反応、固体微粒子への吸着、メチル化、脱メチル化といった反応を引き起こし、メチル水銀などの有機水銀化合物が海洋に拡散する。
水銀の酸化還元反応は、日光もしくは微生物によって、ほとんどが海洋表層で起こる。紫外線照射下では、水銀原子は酸化され、海水に溶解したり、あるいは微粒子に吸着したりする。その逆反応では、水銀はHg(II)からHg(0)へと還元され、大気中に戻る。海水の飛沫のような大気中の微粒子エアロゾルは、このような酸化還元反応に必要な条件を満たす小さな反応器の役割を果たす。海洋中の水銀の酸化還元反応はあまり単純な可逆過程ではない。反応性の高い中間体を経由して反応が進行することを示唆する、海洋性エアロゾルにおける水銀の光化学反応過程については図に示す通りである。
光酸化反応はヒドロキシルラジカルによって、光還元反応は風や表層の擾乱によって引き起こされるのではないかとされている。暗闇の中では、水銀の酸化還元反応は微生物活動によって進行する。太陽光による化学過程と比較すると、微生物による化学過程のメカニズムは異なり、その反応速度は遅いものである 。無機水銀Hg(II)およびメチル水銀は微粒子に吸着されうる。有機物量とこれらの水銀種の濃度の間には正の相関がみられ、ほとんどの水銀種が有機物に吸着することを示唆している。この現象は海洋における水銀の生物活性と毒性を決定付けうる。