Auswirkungen von Blei auf die Umwelt

von Deni Greene

Dieser Artikel ist ein Auszug aus dem Zwischenbericht („Revising Australian Guidelines for Lead“, Juli 1993) des RMIT (Royal Melbourne Institute of Technology) Beraterteams, für das Deni Greene der leitende Forscher ist, an das NHMRC. Der Abschlußbericht soll Ende Juli ’93 erscheinen.

Blei gelangt in und durch Ökosysteme. Atmosphärisches Blei lagert sich in der Vegetation, im Boden und auf Wasseroberflächen ab. Die chemischen und physikalischen Eigenschaften von Blei und die biogeochemischen Prozesse innerhalb der Ökosysteme beeinflussen die Bewegung von Blei durch die Ökosysteme. Das Metall kann sich auf alle Komponenten der Umwelt auswirken und sich durch das Ökosystem bewegen, bis es ein Gleichgewicht erreicht. Blei reichert sich in der Umwelt an, wird aber in bestimmten chemischen Umgebungen so umgewandelt, dass sich seine Löslichkeit (z. B. die Bildung von Bleisulfat in Böden), seine Bioverfügbarkeit oder seine Toxizität erhöhen. Die Auswirkungen von Blei auf der Ebene des Ökosystems werden in der Regel als eine Form von Stress angesehen (US EPA 1986).

Im Allgemeinen sind drei Wege bekannt, wie Blei Ökosysteme nachteilig beeinflussen kann. Populationen von Mikroorganismen können bei Bleikonzentrationen im Boden von 1.000 Teilen pro Million (ppm) oder mehr ausgelöscht werden, wodurch sich die Zersetzungsrate von Stoffen verlangsamt. Populationen von Pflanzen, Mikroorganismen und wirbellosen Tieren können durch Bleikonzentrationen von 500 bis 1.000 ppm beeinträchtigt werden, so dass bleitolerantere Populationen derselben oder anderer Arten an ihre Stelle treten können. Dadurch verändert sich die Art des vorhandenen Ökosystems. Bei allen atmosphärischen Bleikonzentrationen kann die Anreicherung von Blei auf Vegetations- und Tieroberflächen den normalen biochemischen Prozess verhindern, der den Kalziumpool in Weidetieren und Zersetzungsorganismen reinigt und erneuert (UNEP 1991).

Aufnahmewege von Blei in die Umwelt

Die Hauptquellen für das Eindringen von Blei in ein Ökosystem sind atmosphärisches Blei (in erster Linie aus Kraftfahrzeugemissionen), Farbsplitter, gebrauchte Munition, Düngemittel und Pestizide sowie Blei-Säure-Batterien und andere Industrieprodukte. Der Transport und die Verteilung von Blei aus den wichtigsten Emissionsquellen, sowohl ortsfesten als auch mobilen, erfolgt hauptsächlich über die Luft (UNEP 1991). Während der größte Teil des in die Luft abgegebenen Bleis in der Nähe der Quelle austritt, sind etwa 20 % weit verstreut. Studien haben gezeigt, dass die Bleimessungen in Grönland mit dem Anstieg und Rückgang der Verwendung von alkylverbleitem Benzin in den Vereinigten Staaten, Eurasien und Kanada im letzten Jahrhundert zu- und abgenommen haben (Isotopic evidence for the source of lead in Greenland snows since the late 1960s; K. J. R. Rosman, W. Chisholm, C. F. Boutron, J. P. Candelone & U. Görlach; Nature 362, 333 – 335; 25 March 1993). Die Größe der Bleipartikel bestimmt, wie weit sie sich von der Quelle entfernen.

Auswirkungen von Blei auf den Boden

Es ist bekannt, dass sich Blei im Boden anreichert, insbesondere in Böden mit einem hohen organischen Anteil (US EPA 1986). Auf dem Boden abgelagertes Blei gelangt in die oberen Schichten der Bodenoberfläche, wo es über viele Jahre (bis zu 2000 Jahre) gespeichert werden kann. In ungestörten Ökosystemen hält die organische Substanz in der oberen Schicht der Bodenoberfläche das atmosphärische Blei zurück. In kultivierten Böden wird dieses Blei bis zu einer Tiefe von 25C1ll (d. h. innerhalb der Wurzelzone) mit dem Boden vermischt. Atmosphärisches Blei im Boden wandert weiter in die Nahrungsketten von Mikroorganismen und Weidevieh, bis ein Gleichgewicht erreicht ist.

Angesichts der chemischen Eigenschaften von Blei im Boden vermutet die US EPA (1986), dass die ungleichmäßige Verteilung von Blei in Ökosystemen andere Metalle von den Bindungsstellen in der organischen Substanz verdrängen kann. Es kann den chemischen Abbau von anorganischen Bodenfragmenten behindern, und das Blei im Boden kann löslicher werden, so dass es leichter von Pflanzen aufgenommen werden kann.

Auswirkungen von Blei auf Pflanzen

Pflanzen an Land neigen dazu, Blei aus dem Boden zu absorbieren und den größten Teil davon in ihren Wurzeln zu speichern. Es gibt Hinweise darauf, dass auch die Blätter der Pflanzen Blei aufnehmen können (und es ist möglich, dass dieses Blei in andere Teile der Pflanze verlagert wird). Die Aufnahme von Blei durch die Pflanzenwurzeln kann durch die Zufuhr von Kalzium und Phosphor in den Boden verringert werden. Einige Pflanzenarten sind in der Lage, hohe Bleikonzentrationen zu akkumulieren (UNEP, WHO und ILO 1991).

Die Poren in den Blättern einer Pflanze lassen das für die Photosynthese benötigte Kohlendioxid ein und geben Sauerstoff ab. Die Bleiverschmutzung beschichtet die Blattoberfläche und verringert die Lichtmenge, die sie erreicht. Dies führt zu einer Verlangsamung des Wachstums oder zum Absterben der Pflanzen, indem es die Photosyntheserate verringert, die Atmung hemmt, die Dehnung der Pflanzenzellen fördert und so die Wurzelentwicklung beeinflusst und eine vorzeitige Alterung verursacht. Einiges deutet darauf hin, dass Blei die Populationsgenetik beeinflussen kann. Alle diese Wirkungen wurden an isolierten Zellen oder an hydroponisch gezogenen Pflanzen in Lösungen mit etwa 1-2 ppm Blei in der Bodenfeuchtigkeit beobachtet, z.B. in Ökosystemen in der Nähe von Schmelzhütten oder an Straßenrändern.

Blei in der Luft kann direkt durch Fallout oder indirekt durch Aufnahme aus dem Boden auf Pflanzen übertragen werden. Muster und Ausmaß der Bleianreicherung werden weitgehend durch den Wachstumszustand der Vegetation beeinflusst, d.h. aktive Wachstumsperioden im Frühjahr im Vergleich zu wachstumsarmen Perioden im Herbst und Winter.

Auswirkungen von Blei auf Mikroorganismen

Es gibt Belege dafür, dass Blei in den Konzentrationen, die gelegentlich in der Nähe von Straßenrändern gefunden werden (d.h. 10.000 – 40.000 ppm Trockengewicht), Populationen von Bakterien und Pilzen auf Blattoberflächen und im Boden auslöschen kann. Dies kann erhebliche Auswirkungen haben, da viele dieser Mikroorganismen ein wesentlicher Bestandteil der sich zersetzenden Nahrungskette sind. Die betroffenen Mikroorganismenpopulationen werden wahrscheinlich durch andere der gleichen oder einer anderen Art ersetzt, auch wenn diese beim Abbau organischer Stoffe möglicherweise weniger effizient sind. Es gibt auch Hinweise darauf, dass Mikroorganismen die Löslichkeit von Blei erhöhen und es somit leichter von Pflanzen aufgenommen werden kann. Das heißt, Bakterien scheiden organische Säuren aus, die den pH-Wert in unmittelbarer Nähe der Pflanzenwurzel senken.

Wirkungen von Blei auf Tiere

Blei beeinträchtigt das zentrale Nervensystem von Tieren und hemmt ihre Fähigkeit, rote Blutkörperchen zu synthetisieren. Bleikonzentrationen im Blut von mehr als 40 µg/dl können bei Haustieren sichtbare klinische Symptome hervorrufen. Kalzium und Phosphor können die Aufnahme von Blei im Darm verringern (US EPA 1986). In dem Bericht der US EPA wird verallgemeinert, dass eine regelmäßige Aufnahme von 2-8 mg Blei pro Kilogramm Körpergewicht pro Tag über einen längeren Zeitraum bei den meisten Tieren zum Tod führt. Weidetiere werden direkt durch den Verzehr von mit Blei aus der Luft kontaminiertem Futter und etwas indirekt durch die Aufnahme von Blei über Pflanzenwurzeln belastet. Wirbellose Tiere können ebenfalls Blei in einer Höhe akkumulieren, die für ihre Fressfeinde giftig ist.

Bleischrot und Bleigewicht können einzelne Organismen schwer beeinträchtigen und Ökosysteme bedrohen (WHO 1989). Nach drei bis zehn Tagen, in denen Wasservögel Bleischrot aufgenommen haben, erreicht das Gift den Blutkreislauf und wird in wichtige Organe wie Herz, Leber und Nieren transportiert. Am 17. bis 21. Tag fällt der Vogel in ein Koma und stirbt. Nach dem Verschlucken von Bleischrot wurde eine Blei-Toxikose bei Elster-Gänsen, schwarzen Schwänen, verschiedenen Entenarten (einschließlich Moschus- und Moschusente) und Hardhead-Arten beobachtet (OECD 1993). Organisches Blei wird von Vögeln und Fischen viel leichter aufgenommen (WHO 1989). Wasserorganismen nehmen anorganisches Blei durch Übertragung von Blei aus Wasser und Sedimenten auf; dies ist ein relativ langsamer Prozess. Organisches Blei wird von Wasserorganismen schnell aus dem Wasser und den Sedimenten aufgenommen. Wassertiere werden durch Bleikonzentrationen im Wasser beeinträchtigt, die niedriger sind als die, die bisher als unbedenklich für Wildtiere galten. Diese Konzentrationen treten häufig auf, aber die Auswirkungen von atmosphärischem Blei auf bestimmte Standorte mit hohen Bleikonzentrationen in Gewässern sind nicht klar (US EPA 1986).