Lyijyn vaikutukset ympäristöön

toimittaja Deni Greene

Tämä artikkeli on ote väliraportista (”Revising Australian Guidelines for Lead”, heinäkuu 1993), jonka on laatinut NHMRC:lle RMIT:n (Melbournen kuninkaallinen teknologiainstituutti) konsulttityöryhmä, jonka vanhempi tutkija on Deni Greene. Lopullisen raportin on määrä valmistua heinäkuun lopussa 1993.

Lead moves into and throughout ecosystems. Ilmakehän lyijy laskeutuu kasvillisuuteen, maaperään ja vesipintoihin. Lyijyn kemialliset ja fysikaaliset ominaisuudet ja ekosysteemeissä tapahtuvat biogeokemialliset prosessit vaikuttavat lyijyn liikkumiseen ekosysteemien läpi. Metalli voi vaikuttaa kaikkiin ympäristön osatekijöihin ja liikkua ekosysteemissä, kunnes se saavuttaa tasapainotilan. Lyijy kertyy ympäristöön, mutta tietyissä kemiallisissa ympäristöissä se muuntuu siten, että sen liukoisuus (esim. lyijysulfaatin muodostuminen maaperässä), biosaatavuus tai myrkyllisyys lisääntyy. Lyijyn vaikutukset ekosysteemitasolla nähdään yleensä eräänlaisena stressinä (US EPA 1986).

Yleisesti tiedetään kolme tapaa, joilla lyijy voi vaikuttaa haitallisesti ekosysteemeihin. Mikro-organismien populaatiot voivat hävitä maaperän lyijypitoisuuksissa, jotka ovat 1 000 miljoonasosaa (ppm) tai enemmän, mikä hidastaa aineen hajoamisnopeutta. Kasvien, mikro-organismien ja selkärangattomien populaatioihin voivat vaikuttaa 500-1 000 ppm:n lyijypitoisuudet, jolloin lyijyä sietävämmät populaatiot samoista tai eri lajeista voivat siirtyä niiden tilalle. Tämä muuttaa nykyistä ekosysteemityyppiä. Kaikissa ilmakehän lyijypitoisuuksissa lyijyn lisäys kasvillisuuteen ja eläinten pinnoille voi estää normaalin biokemiallisen prosessin, joka puhdistaa ja uudistaa kalsiumvarastoa laiduntavissa eläimissä ja hajottajaeliöissä (UNEP 1991).

Ympäristön lyijyn altistumisreitit

Pääasiallisimmat lyijyn päästölähteet ekosysteemiin ovat ilman lyijykeinojen lyijykeinojen pääsy (ensisijaisesti autojen päästöt), maalinlastut, käytetyt ampumatarvikkeet, lannoitteet ja torjunta-aineet sekä lyijyakut tai muut teollisuuden tuotteet. Lyijyn kulkeutuminen ja leviäminen tärkeimmistä päästölähteistä, sekä kiinteistä että liikkuvista, tapahtuu pääasiassa ilman kautta (UNEP 1991). Suurin osa ilmaan joutuvasta lyijystä putoaa lähelle päästölähdettä, mutta noin 20 prosenttia leviää laajalle. Tutkimukset ovat osoittaneet, että Grönlannin lyijymittaukset ovat nousseet ja laskeneet samassa tahdissa kuin alkyylipitoisen bensiinin käyttö on lisääntynyt ja vähentynyt Yhdysvalloissa, Euraasiassa ja Kanadassa viime vuosisadan aikana (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; 25.3.1993). Lyijyhiukkasten koko vaikuttaa siihen, kuinka kauas ne liikkuvat lähteestä.

Lyijyn vaikutukset maaperään

Tiedetään, että lyijy kerääntyy maaperään, erityisesti maaperään, jossa on paljon orgaanista ainesta (US EPA 1986). Maahan laskeutunut lyijy siirtyy maanpinnan ylempiin kerroksiin, joissa se voi säilyä useita vuosia (jopa 2000 vuotta). Häiriintymättömissä ekosysteemeissä orgaaninen aines maaperän pinnan ylemmässä kerroksessa pidättää ilmakehän lyijyä. Viljellyillä mailla tämä lyijy sekoittuu maaperään 25C1ll:n syvyyteen asti (eli juuristovyöhykkeen sisällä). Maaperässä oleva ilmakehän lyijy jatkaa kulkeutumistaan mikro-organismien ja laidunten ravintoketjuihin, kunnes tasapainotila saavutetaan.

Kun otetaan huomioon lyijyn kemia maaperässä, Yhdysvaltain ympäristönsuojeluvirasto EPA (1986) esittää, että lyijyn epätasainen jakautuminen ekosysteemeissä voi syrjäyttää muita metalleja orgaanisen aineksen sitoutumispaikoilta. Se voi estää epäorgaanisten maaperän osien kemiallista hajoamista, ja maaperässä oleva lyijy voi muuttua liukoisemmaksi, jolloin se on helpommin kasvien käytettävissä.

Lyijyn vaikutukset kasveihin

Kasveilla maalla on taipumus imeä lyijyä maaperästä ja pidättää suurimman osan siitä juuriinsa. On jonkin verran näyttöä siitä, että myös kasvien lehdet voivat ottaa lyijyä (ja on mahdollista, että tämä lyijy siirtyy kasvin muihin osiin). Lyijyn imeytyminen kasvin juuriin voi vähentyä, kun maaperään lisätään kalsiumia ja fosforia. Joillakin kasvilajeilla on kyky kerätä suuria lyijypitoisuuksia (UNEP, WHO ja ILO 1991).

Kasvin lehtien huokoset päästävät sisään fotosynteesiin tarvittavaa hiilidioksidia ja luovuttavat happea. Lyijysaasteet päällystävät lehden pinnan ja vähentävät siihen pääsevän valon määrää. Tämä johtaa kasvien kasvun hidastumiseen tai tappamiseen vähentämällä fotosynteesin nopeutta, estämällä hengitystä, edistämällä juurten kehitykseen vaikuttavaa kasvisolujen pidentymistä 0; aiheuttamalla ennenaikaista vanhenemista. Joidenkin todisteiden mukaan lyijy voi vaikuttaa populaatiogenetiikkaan. Kaikki nämä vaikutukset on havaittu eristetyissä soluissa tai hydroponisesti kasvatetuissa kasveissa liuoksissa, joissa on noin 1-2 ppm lyijyä maaperän kosteudessa, esim. lyijypitoisuudet, joita ekosysteemit kokevat sulattamoiden tai teiden varsilla).

Ailmassa oleva lyijy voi kulkeutua kasveihin suoraan laskeuman kautta tai epäsuorasti imeytymällä maaperästä. Lyijyn kertymisen malliin ja asteeseen vaikuttaa suurelta osin kasvillisuuden kasvutilanne, toisin sanoen kevään aktiiviset kasvukaudet verrattuna syksyn ja talven hiljaisiin kasvukausiin.

Lyijyn vaikutukset mikro-organismeihin

On olemassa näyttöä siitä, että lyijy voi pitoisuuksina, joita ajoittain tavataan tienvarsien läheisyydessä (10 000-40 000 ppm kuivapainosta), tuhota bakteeri- ja sienipopulaatioita lehtien pinnoilta ja maaperästä. Tällä voi olla merkittävä vaikutus, koska monet näistä mikro-organismeista ovat olennainen osa hajoavaa ravintoketjua. Vaurioituneet mikro-organismipopulaatiot korvautuvat todennäköisesti saman tai eri lajin mikro-organismipopulaatioilla, vaikka nämä voivat olla vähemmän tehokkaita orgaanisen aineksen hajottamisessa. On myös näyttöä siitä, että mikro-organismit voivat tehdä lyijystä liukoisempaa ja siten helpommin kasvien imeytyvää. Eli bakteerit erittävät orgaanisia happoja, jotka laskevat pH:ta kasvin juuren välittömässä läheisyydessä.

Lyijyn vaikutukset eläimiin

Lyijy vaikuttaa eläinten keskushermostoon ja estää niiden kykyä syntetisoida punasoluja. Yli 40 µg/dl:n lyijypitoisuudet veressä voivat aiheuttaa havaittavia kliinisiä oireita kotieläimissä. Kalsium ja fosfori voivat vähentää lyijyn imeytymistä suolistosta (US EPA 1986). US EPA:n raportissa yleistetään, että säännöllinen ruokavalio, joka sisältää 2-8 mg lyijyä ruumiinpainokiloa kohti päivässä pidemmän ajanjakson ajan, aiheuttaa useimmille eläimille kuoleman. Laiduntaviin eläimiin vaikuttaa suoraan ilmassa olevan lyijyn saastuttaman rehun syönti ja jonkin verran epäsuorasti lyijyn imeytyminen kasvien juurien kautta. Selkärangattomat eläimet voivat myös kerätä lyijyä petoeläimille myrkyllisiin pitoisuuksiin.

Lead shot ja lyijypaino voivat vaikuttaa vakavasti yksittäisiin organismeihin ja uhata ekosysteemejä (WHO 1989). Kun vesilinnut ovat syöneet lyijyhauleja kolmesta kymmeneen vuorokautta, myrkky pääsee verenkiertoon ja kulkeutuu tärkeimpiin elimiin, kuten sydämeen, maksaan ja munuaisiin. 17.-21. päivään mennessä lintu vaipuu koomaan ja kuolee. Lyijyhaulien nauttimisen jälkeen lyijymyrkytystä on havaittu harmaahanhilla, mustajoutsenilla, useilla sorsalajeilla (mukaan luettuina mustasorsa ja myskisorsa) ja harmaapäätä käyttävillä lajeilla (OECD 1993) Orgaaninen lyijy imeytyy paljon helpommin lintuihin ja kaloihin (WHO 1989). Vesieliöt ottavat epäorgaanista lyijyä siirtämällä lyijyä vedestä ja sedimenteistä; tämä on suhteellisen hidas prosessi. Vesieliöt ottavat orgaanista lyijyä nopeasti vedestä ja sedimentistä. Lyijy vaikuttaa vesieläimiin jo sellaisissa vesipitoisuuksissa, jotka ovat alhaisempia kuin luonnonvaraisille eläimille aiemmin turvallisina pidetyt pitoisuudet. Näitä pitoisuuksia esiintyy usein, mutta ilmakehän lyijyn vaikutus tiettyihin paikkoihin, joissa vesieliöiden lyijypitoisuudet ovat korkeat, ei ole selvä (US EPA 1986).