
Umweltauswirkungen von Schwermetallen wie Kupfer, Zink und Blei auf Gewässer und Böden | Foto: ©Fevziie #316975160 – stock.adobe.com
Schwermetalle, zu denen Kupfer, Zink und Blei gehören, sind durch eine hohe chemische Stabilität und Toxizität gekennzeichnet. Gelangen sie in die Gewässer und die Böden, können sie eine ernsthafte Belastung für die Umwelt darstellen und sich auch negativ auf die Gesundheit von Menschen auswirken. Da sie über viele Jahre nicht abgebaut werden, können sie erhebliche Schäden an Ökosystemen verursachen. Zumeist gelangen solche Schwermetalle als Industrieabfälle in die Gewässer und die Böden. Um Umweltauswirkungen zu vermeiden, gilt es, den Ausstoß solcher Schwermetalle zu künftig immer weiter zu reduzieren.
Wie Schwermetalle in die Umwelt gelangen
In einer Untersuchung hat das Fraunhoferinstitut für System- und Innovationsforschung festgestellt, dass die Schwermetalle Kupfer, Zink und Blei auf verschiedene Weise in die Umwelt gelangen. Große Mengen gelangen durch den Abrieb von Reifen und Bremsbelägen von Autos in die Umwelt. Auch aus der Industrie und von Baustellen können diese Schwermetalle in die Böden und die Gewässer abgegeben werden. Die Verwendung von Mineraldünger in der Landwirtschaft führt ebenfalls zu einer Belastung von Böden und Gewässern mit Schwermetallen.
Die maximale Konzentration dieser Schwermetalle wurde an mehr als der Hälfte der beprobten Messstellen deutlich überschritten.
Der Straßenverkehr ist der größte Verursacher von Umweltbelastungen durch Schwermetalle. In jedem Jahr gelangen 2.008 Tonnen Zink, 900 Tonnen Kupfer und 80 Tonnen Blei durch Abrieb von Bremsbelägen, Reifen, Fahrbahnabrieb, aber auch den Abrieb von verzinkten Leitplanken und Schilderbrücken in die Umwelt. Ein weiterer Verursacher solcher Umweltbelastungen ist die Industrie. Auch über Gebäude gelangen in jedem Jahr in Deutschland bis zu 600 Tonnen Zink, bis zu 80 Tonnen Kupfer und bis zu 25 Tonnen Blei in die Umwelt.

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Gefahren der Schwermetalle für die Umwelt
Nicht alle Schwermetalle, die sich in Böden und Gewässern anreichern, sind gleichermaßen gefährlich für die Umwelt. Es kommt auf die Art des Schwermetalls an, wie es sich auf die Umwelt und damit auch auf die Gesundheit von Menschen, Tieren und Pflanzen auswirkt.
Blei als ernsthafte Gefahr für die Umwelt
Blei ist ein gefährliches Schwermetall, das in Feinstaub in der Luft, aber auch in Böden und Gewässern enthalten ist. Sind Gewässer stark mit Blei belastet, kann das zu Erkrankungen bei Fischen und anderen Wassertieren führen und auch den Tod dieser Organismen bedeuten. Menschen können das Blei aufnehmen, wenn sie belastete Tiere verzehren. Das Blei aus Böden und Gewässern kann ins Trinkwasser gelangen und schwere gesundheitliche Schäden bei Menschen hervorrufen.
Blei und seine Verbindungen können über die menschliche Lunge resorbiert werden.
Menschen nehmen Blei hauptsächlich über die Nahrung auf, darunter auch über das Trinkwasser. Blei aus dem Boden kann sich in Pflanzen wie Getreide, Gemüse oder Obst anreichern und in die menschliche Nahrung gelangen. Das Nervensystem des Menschen kann bereits durch geringe Mengen Blei geschädigt werden. Eine hohe Gefahr besteht insbesondere bei Kindern. Blei gefährdet die mentale Entwicklung von Kindern. Eine weitere Gefahr für die Gesundheit besteht, da Blei Nierenschäden auslösen kann, wenn es über das Trinkwasser vom Menschen aufgenommen wird.
Eine chronische Vergiftung kann bei Menschen zu Bluthochdruck, Auswirkungen auf das blutbildende System und unspezifischen Symptomen führen. Möglicherweise gilt Blei als krebserregend.

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Gefahren für die Umwelt durch Kupfer
Kupfer ist nicht nur ein Schwermetall, sondern auch ein Spurenelement, das der menschliche Organismus in außerordentlich geringer Konzentration sogar benötigt, um gesund zu bleiben. Kupfer wird in der Landwirtschaft als Bestandteil von Pflanzenschutzmitteln und als Mikronährstoff verwendet. Es kann dadurch in den Boden und in die Gewässer gelangen.
Im Ökolandbau ist Kupfer unverzichtbar.
Es kann jedoch in höherer Konzentration auf verschiedene Organismen toxisch wirken, da es die DNA und die Zellmembran schädigt. Es dient daher auch zur Bekämpfung von Schadpilzen, vor allem im Wein- und Obstbau, beim Anbau von Kartoffeln und verschiedenen Gemüsearten.
Kupfer in der Landwirtschaft ist keine Gefahr für die menschliche Gesundheit und gilt daher nicht als umweltschädlich. Es reichert sich nicht in den behandelten Pflanzen und deren Früchten an und gelangt daher nicht in die menschliche Nahrungskette. Im Boden wird Kupfer relativ schnell gebunden und gelangt daher nahezu nicht ins Grundwasser. Eine Gefahr kann es jedoch in Oberflächengewässern sein, da Fische auf Kupfer empfindlich reagieren. In großen Mengen kann Kupfer die Artenzusammensetzung verändern.
Gefahren von Zink für die Umwelt
Zink gilt nicht als besorgniserregender Stoff und ist ähnlich wie Kupfer ein Spurenelement, das vom menschlichen Körper in geringen Mengen benötigt wird. Es ist auch Bestandteil von verschiedenen Medikamenten für die Haut, beispielsweise Zinkpasten. Im Boden und im Wasser ist Zink als natürliches Element enthalten und stellt daher keine Umweltbelastung dar. Auf der Erde ist es je nach Region unterschiedlich verteilt. Einige Gebiete verfügen nur über außerordentlich geringe Zinkkonzentrationen, während in anderen Gebieten hohe Konzentrationen des Elements vorhanden sind. Einige dieser Gebiete können als Rohstoffquellen genutzt werden.
Für Menschen, Tiere und Pflanzen ist Zink keine Gefahr.
Die Organismen passen sich den natürlich vorhandenen Konzentrationen an. Bislang sind keine Überreaktionen bekannt. In den letzten 20 Jahren wurde die Wirkung von Zink in aquatischen Systemen umfassend untersucht. Die europäische Chemikalien-Verordnung REACH hat Zink nicht als besorgniserregenden Stoff klassifiziert. Zink gilt nach der EU-Wasserrahmenrichtlinie nicht als wassergefährdend.
In der Landwirtschaft wird Zink als Dünger genutzt. Es ist für die Pflanzen ein Spurennährstoff. Zink ist auch bei der Nutzung von Klärschlamm in der Landwirtschaft mit einer Konzentration von bis zu 4.000 Milligramm pro Kilogramm Trockenmasse zugelassen. Eine Überschreitung dieser Begrenzung ist nicht zu erwarten.
Gelangt Regenwasser auf zinkgedeckte Dächer und versickert es im Boden, ist es keine Belastung für das Grundwasser. Es trägt aktiv zur Grundwasserregeneration bei. Die Weltgesundheitsorganisation (WHO) empfiehlt pro Liter Trinkwasser eine Menge von drei bis fünf Milligramm Zink. Eine höhere Konzentration ist auch hier nicht zu erwarten. In den oberen zwei bis acht Zentimetern der Bodenpassage werden die Zinkabschwemmungen dauerhaft gebunden. Sie sind daher nur eingeschränkt bioverfügbar, da eine Infiltration in das Grundwasser verhindert wird. Das gebundene Zink kann von Pflanzen in Versickerungsmulden aufgenommen und für das Wachstum genutzt werden.

Zink gilt nicht als besorgniserregender Stoff und ist ähnlich wie Kupfer ein Spurenelement, das vom menschlichen Körper in geringen Mengen benötigt wird | Foto: ©Евгений Зимин #500203969 – stock.adobe.com
Andere Schwermetalle und deren Gefahr für die Umwelt
Nicht nur Blei ist ein giftiges Schwermetall, das die Umwelt belastet, wenn es im Boden und in Gewässern enthalten ist. Weitere giftige Schwermetalle sind Cadmium und Quecksilber. Auch sie sind durch eine hohe Toxizität und chemische Stabilität gekennzeichnet und können schwerwiegende Schäden an Ökosystemen verursachen. Blei, Cadmium und Quecksilber können erneut freigesetzt werden, wenn sie bereits deponiert wurden. Es kommt zu einer Resuspension.
Quecksilber ist giftig für Menschen und Tiere. Ist es in einer hohen Konzentration im Wasser vorhanden, kann ein Fischsterben die Folge sein. In Deutschland ist die Quecksilberkonzentration in Boden und Wasser jedoch keine Gefahr für Menschen und Tiere. Quecksilber kann vom Organismus nur schlecht ausgeschieden werden und reichert sich daher im Körper an. Eine Gefahr für einzelne Personen besteht beim Verzehr von größeren Mengen an Seefisch und durch Amalgam-Zahnfüllungen.
Cadmium gelangt durch Klärschlamm und durch cadmiumhaltigen Dünger in den Boden und auch ins Grundwasser. Es kann sich in der Nahrungskette von Menschen, Tieren und Pflanzen anreichern. Bei Tieren und Menschen lagert es sich vorwiegend in Leber und Nieren ab. In höherer Konzentration kann Cadmium bei Menschen Nierenschäden, Lungenerkrankungen und Knochenveränderungen hervorrufen. Es ist auch krebserregend und schädigt die Embryonalentwicklung.
Schutzfunktion des Bodens
Schwermetalle können über den Boden an das Grundwasser und durch Erosion auch an die Luft abgegeben werden, doch hat der Boden auch eine Schutzfunktion. Der Boden ist ein riesiger Filter und hat eine Pufferfunktion. Schadstoffe im Boden werden an die organische Bodensubstanz, Eisenoxide oder Tonminerale gebunden. Der Weitertransport ins Grundwasser wird damit verhindert. Der Boden funktioniert umso besser als Filter, je höher der Ton- oder Humusgehalt ist.
Die Filter- und Pufferfunktion ist jedoch begrenzt.
Ist die Filterkapazität erschöpft, gibt der Boden die Schadstoffe wieder frei, sodass sie ins Grundwasser und damit ins Trinkwasser gelangen.
Umweltbelastung durch Schwermetalle verhindern
Behörden wie das Umweltbundesamt sind gefragt, indem sie Untersuchungen zur Belastung von Wasser und Boden durch Schwermetalle veranlassen und die entsprechenden Handlungsrichtlinien erarbeiten. Innerhalb der EU gelten bereits Verordnungen wie die Chemikalienverordnung REACH. Richtwerte für die maximale Belastung für Böden, Düngemittel und Trinkwasser mit Schwermetallen werden festgelegt.
Gefragt ist auch die Industrie, um geeignete Maßnahmen zur Reduzierung der Emissionen zu treffen. Für die Außenanwendung von Schwermetallen wie Zink und Kupfer werden Leitfäden für Architekten und Bauherren erarbeitet.
Jeder Einzelne kann etwas tun, um die Belastung mit Schwermetallen für die Gesundheit zu reduzieren. Das gelingt mit dem Kauf von Obst und Gemüse in Bio-Qualität und aus regionalem Anbau, bei dem auf chemische Düngemittel verzichtet wurde. Die Belastung von Gemüse kann durch gründliches Abwaschen vor dem Verzehr reduziert werden.