Natürliche Konzentrationen und Belastungswerte für Quecksilber

Quecksilber mit dem chemischen Zeichen Hg für Hydrargyrum ist ein Schwermetall, das für Menschen giftig ist. Es ist in der gesamten Umwelt vorhanden und kommt dort natürlich vor. Es gelangt auch durch industrielle Prozesse in die Umwelt. Ablagerungen in Boden und Wasser führen dazu, dass Quecksilber auch in die Nahrungskette des Menschen gelangt. In Wasser und Sedimenten liegt Quecksilber in hochtoxischer Form vor und wird schnell von Tieren aufgenommen. Menschen, die das Fleisch dieser Tiere verzehren, können das Quecksilber aufnehmen. Laut Weltgesundheitsorganisation (WHO) stellt Quecksilber eine Bedrohung für die menschliche Gesundheit dar.

Warum Quecksilber eine Bedrohung darstellt

In der Umwelt kommt Quecksilber natürlich vor, doch zumeist ist es sicher in Mineralien eingeschlossen, sodass es kein signifikantes Risiko für die Gesundheit darstellt. Erst durch menschliche Tätigkeiten in der Umwelt, beispielsweise im Bergbau, können große Mengen von Quecksilber freigesetzt werden. Gelangt es auf diese Weise in die Umwelt, kann es dort viele tausend Jahre ohne Probleme zirkulieren. In Wasser und Sedimenten stellt Quecksilber das größte Problem dar, da es in hochtoxischer Form vorhanden ist.

Es kann leicht von Tieren aufgenommen werden und in die menschliche Nahrungskette gelangen.

Quecksilber ist einer der zehn von der Weltgesundheitsorganisation (WHO) benannten chemischen Stoffe, die für die menschliche Gesundheit eine Bedrohung darstellen.

Überwindung der Blut-Hirn-Schranke

Quecksilber wird bei fast allen Menschen in geringer Konzentration im Blut und im Urin gemessen. Diese Konzentration ist so niedrig, dass sie für den Menschen keine gesundheitliche Gefährdung darstellt. Dennoch sollte die Quecksilberbelastung im menschlichen Organismus so gering wie möglich sein. Sammelt sich zu viel Quecksilber im Körper an, kann es das zentrale Nervensystem erreichen. Quecksilber kann vom Menschen über den Magen-Darm-Trakt mit der Nahrung, aber auch über die Lunge und über die Haut aufgenommen werden. Es kann sich im Körper verteilen und die Blut-Hirn-Schranke überwinden.

Bei schwangeren Frauen kann Quecksilber die Plazentabarriere passieren und schwere Schäden bei der Entwicklung des Gehirns des ungeborenen Kindes hervorrufen. Aufgrund der neurotoxischen Wirkung sind auch Säuglinge und Kleinkinder stark gefährdet. Das Nervengewebe ist nach der Geburt noch anfällig, da die Organentwicklung des Kindes noch nicht abgeschlossen ist. Quecksilber kann die Entwicklung der gesamten Hirnarchitektur bei Kindern stören. Es wirkt auf allen Ebenen der neuronalen Entwicklung.

Quecksilber wird bei fast allen Menschen in geringer Konzentration im Blut und im Urin gemessen | Foto: ©angellodeco #211045328 – stock.adobe.com

Quecksilber in der Umwelt

Quecksilber reagiert in der Atmosphäre kaum mit anderen Stoffen und kann sich gleichmäßig über große Entfernungen verteilen. Zwischen Luft, Wasser und Boden durchläuft es in der Umwelt viele Stoffkreisläufe, bevor es in tiefere Sedimentschichten gelangt oder mineralische Verbindungen eingeht. Dann kann es sich nicht mehr verteilen. In die Umwelt gelangt Quecksilber durch natürliche Vorgänge wie Geysire, Vulkanausbrüche, Erosionen oder beim Verbrennen von Biomasse bei Wald- oder Steppenbränden. Es geht dann aus der gebundenen Form wieder in die ungebundene Form über. Der Mensch setzt Quecksilber frei, wenn er fossile Brennstoffe zur Energieerzeugung verbrennt, Quecksilber abbaut oder Gold schürft.

Auch durch Amalgam-Zahnfüllungen kann Quecksilber in die Umwelt freigesetzt werden.

Aus Anlagen zur Abwasser- und Abfallbehandlung gelangt Quecksilber ins Wasser. Quecksilber kann durch Prozesse auf Acker- und Siedlungsflächen in die Oberflächengewässer gelangen. Die in die Luft abgegebenen Quecksilberemissionen können durch Niederschläge auf die Landoberfläche und die Oberflächengewässer gelangen.

Belastung der Luft durch Quecksilber

In der Atmosphäre ist Quecksilber als elementares gasförmiges Quecksilber, als gasförmige Quecksilberverbindungen und in Staubpartikeln gebunden vorhanden. Diese drei verschiedenen Quecksilberverbindungen bleiben unterschiedlich lange in der Atmosphäre.

Elementares gasförmiges Quecksilber kann über ein Jahr in der Erdatmosphäre bleiben und wird über Kontinente hinweg transportiert. Es kann sich weiträumig verteilen, wenn es die Erde mehrmals umrundet. Es ist nahezu wasserunlöslich. Gasförmige Quecksilberverbindungen sind hingegen häufig wasserlöslich und können durch Niederschläge auf die Erdoberfläche gelangen. Staubpartikel sinken irgendwann mit den daran gebundenen Quecksilberteilchen auf die Erdoberfläche.

Seit mehr als 30 Jahren ist die Hintergrundkonzentration von gasförmigem elementarem Quecksilber in der Erdatmosphäre auf der Nordhalbkugel ungefähr gleich hoch und liegt bei ungefähr 1,5 bis 1,7 Milliardstel Gramm pro Kubikmeter Luft. An der Hintergrundmessstation Waldhof des Umweltbundesamtes wurde bei partikelgebundenem Quecksilber eine mittlere Konzentration von 7 bis 11 Billionstel Gramm pro Kubikmeter Luft gemessen. Der Anteil am gesamten Quecksilber in der Luft liegt damit bei weniger als einem Prozent.

In der Atmosphäre ist Quecksilber als elementares gasförmiges Quecksilber, als gasförmige Quecksilberverbindungen und in Staubpartikeln gebunden vorhanden | Foto: ©Ralf Geithe #265203765 – stock.adobe.com

Nasse Deposition von Quecksilber

Eine nasse Deposition tritt ein, wenn Quecksilber mit dem Niederschlagswasser aus der Atmosphäre auf die Erdoberfläche gelangt. Zumeist handelt es sich um wasserlösliche gasförmige Quecksilberverbindungen und partikelgebundenes Quecksilber. Seit den 1990er Jahren ist die nasse Deposition an drei norddeutschen Hintergrundmessstationen des Umweltbundesamtes rückläufig. Anfang der 1990er Jahre lag die nasse Deposition mit dem Niederschlagswasser noch bei ungefähr 10 Millionstel Gramm Quecksilber pro Jahr auf einen Quadratmeter.

Im Jahr 2010 waren es noch 4 Millionstel Gramm Quecksilber pro Jahr auf einen Quadratmeter.

Die Quecksilber-Gesamtdeposition betrug im Jahr 2010 in Deutschland zumeist 12 bis 30 Mikrogramm pro Quadratmeter. Die höchsten Depositionen traten mit 40 bis 44 Mikrogramm pro Quadratmeter in Nordrhein-Westfalen auf. Die niedrigsten Depositionen wurden mit 8 bis 12 Mikrogramm pro Quadratmeter in Norddeutschland gemessen.

Belastung der Böden mit Quecksilber

Im Jahr 2013 wurden in Deutschland ungefähr 17 Millionen Hektar Boden landwirtschaftlich genutzt. Sie werden mit Wirtschaftsdünger, Mineraldünger, Kompost und Klärschlamm gedüngt, die neben Stickstoff, Kalk, Kalium, Schwefel, Calcium, Magnesium und Phosphor, Eisen und Mangan auch Quecksilber enthalten. Bei der Nutzung von Kompost und Klärschlamm auf landwirtschaftlich genutzten Böden darf der maximal zulässige Quecksilbergehalt nicht überschritten werden. Die Düngemittelverordnung regelt diese Grenzwerte.

Das Bundes-Bodenschutzgesetz schreibt vor, dass jährlich auf Ackerböden nicht mehr als 1,5 Gramm Quecksilber pro Hektar eingetragen werden dürfen. Wie eine Studie von 2008 zeigt, waren Kompost und Klärschlamm für die Hälfte der Einträge verantwortlich.

Belastung der Böden mit Quecksilber | Foto: ©Dar1930 #266700934 – stock.adobe.com

Belastung der Flüsse und Seen mit Quecksilber

Um die Belastung der Flüsse und Seen mit Quecksilber zu prüfen, nimmt das Umweltbundesamt gemeinsam mit der Umweltprobenbank regelmäßig Proben von Brassen aus Elbe, Rhein und Donau sowie dem Belauer See und dem Stechlinsee. Die Proben aus den Filets von acht bis zwölf Jahre alten Fischen werden auf ihre Zusammensetzung untersucht. Die Quecksilbergehalte in den Fischen aus der Elbe sind in den 1990er Jahren deutlich zurückgegangen.

Die Wasserrahmenrichtlinie sieht bei Quecksilber in Fischen ein Umweltqualitätsziel von 20 Nanogramm pro Gramm Frischgewicht vor.

Die Proben von Fischen aus den beiden Seen liegen in dieser Norm. Dieses Umweltqualitätsziel wird von den Fischen aus den großen Flussgebieten um den Faktor 5-16 verfehlt. Ursache für die hohe Quecksilberbelastung der Fische sind historisch bedingte Quecksilberkonzentrationen in den Gewässersedimenten.

Grenzwerte für die Aufnahme von Quecksilber durch den Menschen

Die Europäische Union, die Bundesregierung und andere Institutionen haben Grenzwerte für die Belastung mit Quecksilber und für die Aufnahme durch den Menschen festgelegt, die nicht überschritten werden sollten.

Neben anorganischem Quecksilber gibt es auch organische Quecksilberverbindungen wie Methylquecksilber. Sie stellen eine gefährliche Form dar und können in Lebensmitteln vorkommen. Die Europäische Behörde für Lebensmittelsicherheit (EFSA) hat TWI-Werte für Methylquecksilber und anorganisches Quecksilber definiert. TWI ist die englische Abkürzung für die tolerierbare wöchentliche Aufnahme. Es ist die Menge von Quecksilber, die ein Mensch über die gesamte Lebenszeit pro Woche aufnehmen kann, ohne dass gesundheitliche Schäden auftreten. Bei anorganischem Quecksilber liegt dieser Wert bei 4 Mikrogramm Quecksilber pro Kilogramm Körpergewicht pro Woche. Der Wert für Methylquecksilber liegt bei 1,3 Mikrogramm pro Kilogramm Körpergewicht pro Woche.

Die Schadstoff-Höchstmengenverordnung gilt für Deutschland und sieht bei essbaren Teilen von Raubfischen ein Milligramm Quecksilber pro Kilogramm Frischgewicht vor. Bei anderen Fischarten liegt diese Grenze bei 0,5 Milligramm Quecksilber pro Kilogramm Frischgewicht.
Die Trinkwasserverordnung regelt, dass der Höchstwert von 0,001 Milligramm Quecksilber pro Liter Trinkwasser nicht überschritten werden darf.

Steinkohlekraftwerke in der EU dürfen seit 2020 nicht mehr als 4 Mikrogramm Quecksilber pro Kubikmeter Luft ausstoßen. Bei Braunkohlekraftwerken liegt dieser Wert bei 7 Mikrogramm Quecksilber pro Kubikmeter Luft. Die USA sind deutlich strenger als die EU, denn sie haben einen Höchstwert von 1,4 Mikrogramm Quecksilber pro Kubikmeter Luft festgelegt.