Efekty ołowiu na środowisko

by Deni Greene

Ten artykuł jest wyodrębniony z tymczasowego raportu („Revising Australian Guidelines for Lead”, lipiec 1993) do NHMRC, zespołu konsultacyjnego RMIT (Royal Melbourne Institute of Technology), dla którego Deni Greene jest starszym badaczem. Raport końcowy ma się ukazać pod koniec lipca ’93.

Ołów przemieszcza się do i przez ekosystemy. Atmosferyczny ołów odkłada się w roślinności, na powierzchni ziemi i wody. Chemiczne i fizyczne właściwości ołowiu oraz procesy biogeochemiczne zachodzące w ekosystemach wpływają na przemieszczanie się ołowiu w ekosystemach. Metal ten może wpływać na wszystkie składniki środowiska i może przemieszczać się w ekosystemie aż do osiągnięcia równowagi. Ołów kumuluje się w środowisku, ale w niektórych środowiskach chemicznych będzie przekształcany w taki sposób, aby zwiększyć jego rozpuszczalność (np. tworzenie się siarczanu ołowiu w glebie), biodostępność lub toksyczność. Skutki ołowiu na poziomie ekosystemu są zwykle postrzegane jako forma stresu (US EPA 1986).

Ogólnie rzecz biorąc, istnieją trzy znane sposoby, w których ołów może negatywnie wpływać na ekosystemy. Populacje mikroorganizmów mogą zostać wymazane przy stężeniu ołowiu w glebie wynoszącym 1000 części na milion (ppm) lub więcej, co spowalnia tempo rozkładu materii. Populacje roślin, mikroorganizmów i bezkręgowców mogą być dotknięte stężeniem ołowiu wynoszącym od 500 do 1000 ppm, co pozwala na zajęcie ich miejsca przez bardziej odporne na ołów populacje tego samego lub innego gatunku. Spowoduje to zmianę typu występującego ekosystemu. Przy wszystkich stężeniach ołowiu w atmosferze otoczenia, dodanie ołowiu do roślinności i powierzchni zwierząt może uniemożliwić normalny proces biochemiczny, który oczyszcza i odnawia pulę wapnia w pasących się zwierzętach i organizmach rozkładających (UNEP 1991).

Drogi przedostawania się ołowiu do środowiska

Głównymi źródłami ołowiu dostającego się do ekosystemu są: ołów atmosferyczny (głównie z emisji samochodowych), odpryski farby, zużyta amunicja, nawozy i pestycydy oraz akumulatory kwasowo-ołowiowe lub inne produkty przemysłowe. Transport i dystrybucja ołowiu z głównych źródeł emisji, zarówno stałych, jak i ruchomych, odbywa się głównie drogą powietrzną (UNEP 1991). Podczas gdy większość ołowiu odprowadzanego do powietrza wypada w pobliżu źródła, około 20 procent jest szeroko rozproszone. Badania wykazały, że pomiary ołowiu na Grenlandii rosły i spadały wraz ze wzrostem i spadkiem zużycia benzyny alkilowo-ołowiowej w Stanach Zjednoczonych, Eurazji i Kanadzie w ciągu ostatniego stulecia (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 marca 1993). Wielkość cząsteczek ołowiu będzie regulować, jak daleko przemieszczają się one od źródła.

Wpływ ołowiu na glebę

Wiadomo, że ołów gromadzi się w glebie, szczególnie w glebie o dużej zawartości organicznej (US EPA 1986). Ołów zdeponowany na ziemi jest przenoszony do górnych warstw powierzchni gleby, gdzie może być zatrzymywany przez wiele lat (do 2000 lat). W niezakłóconych ekosystemach, materia organiczna w górnej warstwie powierzchni gleby zatrzymuje ołów atmosferyczny. W glebach uprawnych ołów ten jest wymieszany z glebą do głębokości 25C1ll (tj. w obrębie strefy korzeniowej). Ołów atmosferyczny w glebie będzie nadal przemieszczał się do łańcuchów pokarmowych mikroorganizmów i pastwisk, aż do osiągnięcia równowagi.

Biorąc pod uwagę chemię ołowiu w glebie, US EPA (1986) sugeruje, że nierównomierne rozmieszczenie ołowiu w ekosystemach może wypierać inne metale z miejsc wiązania na materii organicznej. Może to utrudniać rozkład chemiczny nieorganicznych fragmentów gleby, a ołów w glebie może stać się bardziej rozpuszczalny, a tym samym łatwiej dostępny do pobrania przez rośliny.

Wpływ ołowiu na rośliny

Rośliny lądowe mają tendencję do wchłaniania ołowiu z gleby i zatrzymują jego większość w swoich korzeniach. Istnieją pewne dowody na to, że liście roślin również mogą pobierać ołów (i możliwe jest, że ołów ten jest przenoszony do innych części rośliny). Pobieranie ołowiu przez korzenie roślin może zostać ograniczone poprzez zastosowanie w glebie wapnia i fosforu. Niektóre gatunki roślin mają zdolność do kumulowania wysokich stężeń ołowiu (UNEP, WHO i ILO 1991).

Pory w liściach roślin przepuszczają dwutlenek węgla potrzebny do fotosyntezy i wydzielają tlen. Zanieczyszczenia ołowiem pokrywają powierzchnię liścia i zmniejszają ilość światła, które do niego dociera. Powoduje to zahamowanie wzrostu lub zabicie roślin poprzez zmniejszenie tempa fotosyntezy, hamowanie oddychania, zachęcanie do wydłużania się komórek roślinnych wpływających na rozwój korzeni, powodując przedwczesne starzenie się. Niektóre dowody sugerują, że ołów może wpływać na genetykę populacji. Wszystkie te skutki zostały zaobserwowane w izolowanych komórkach lub w hydroponicznie uprawianych roślin w roztworach około 1-2 ppm ołowiu w wilgotności gleby np. poziomy ołowiu doświadczane przez ekosystemy w pobliżu hut lub poboczy dróg).

Ołów w powietrzu może być przenoszony do roślin bezpośrednio przez opady lub pośrednio przez pobór z gleby. Na wzór i stopień akumulacji ołowiu duży wpływ ma stan wzrostu roślinności, tj. okresy aktywnego wzrostu wiosną w porównaniu z okresami słabego wzrostu jesienią i zimą.

Wpływ ołowiu na mikroorganizmy

Istnieją dowody wskazujące, że ołów w stężeniach spotykanych czasami w pobliżu poboczy dróg (tj. 10 000 – 40 000 ppm suchej masy), może zniszczyć populacje bakterii i grzybów na powierzchniach liści i w glebie. Może to mieć znaczący wpływ, biorąc pod uwagę, że wiele z tych mikroorganizmów jest istotną częścią rozkładającego się łańcucha pokarmowego. Dotknięte populacje mikroorganizmów zostaną prawdopodobnie zastąpione przez inne z tego samego lub innego gatunku, chociaż mogą one być mniej skuteczne w rozkładaniu materii organicznej. Dowody wskazują również, że mikroorganizmy mogą uczynić ołów bardziej rozpuszczalnym i tym samym łatwiej przyswajalnym przez rośliny. Oznacza to, że bakterie wydzielają kwasy organiczne, które obniżają pH w bezpośrednim sąsiedztwie korzenia rośliny.

Wpływ ołowiu na zwierzęta

Ołów wpływa na centralny układ nerwowy zwierząt i hamuje ich zdolność do syntezy czerwonych krwinek. Stężenie ołowiu we krwi powyżej 40 µg/dl może wywołać zauważalne objawy kliniczne u zwierząt domowych. Wapń i fosfor mogą zmniejszyć jelitowe wchłanianie ołowiu (US EPA 1986). Raport US EPA uogólnia, że regularna dieta zawierająca 2-8 mg ołowiu na kilogram masy ciała dziennie, przez dłuższy okres czasu, spowoduje śmierć u większości zwierząt. Na zwierzęta pasące się bezpośredni wpływ ma spożywanie paszy i pożywienia zanieczyszczonego ołowiem unoszącym się w powietrzu oraz w pewnym stopniu pośrednio poprzez pobieranie ołowiu przez korzenie roślin. Bezkręgowce mogą również kumulować ołów na poziomie toksycznym dla swoich drapieżników.

Śrut ołowiany i masa ołowiu mogą poważnie wpływać na poszczególne organizmy i zagrażać ekosystemom (WHO 1989). Po trzech do dziesięciu dniach spożywania przez ptactwo wodne śrutu ołowianego, trucizna dociera do krwiobiegu i jest przenoszona do głównych organów, takich jak serce, wątroba i nerki. W 17-21 dniu ptak zapada w śpiączkę i umiera. Po spożyciu śrutu ołowianego toksyczność ołowiu zaobserwowano u gęsi srokaczy, łabędzi czarnodziobych, kilku gatunków kaczek (w tym kaczki czarnej i piżmowej) oraz gatunków twardogłowych (OECD 1993).Ołów organiczny jest znacznie łatwiej pobierany przez ptaki i ryby (WHO 1989). Organizmy wodne pobierają ołów nieorganiczny poprzez transfer ołowiu z wody i osadów; jest to proces stosunkowo powolny. Ołów organiczny jest szybko pobierany przez organizmy wodne z wody i osadów. Zwierzęta wodne są narażone na działanie ołowiu przy stężeniach w wodzie niższych niż wcześniej uważano za bezpieczne dla dzikich zwierząt. Takie stężenia występują często, ale wpływ ołowiu atmosferycznego na konkretne miejsca o wysokim poziomie ołowiu w wodzie nie jest jasny (US EPA 1986).