Raskasmetalli

Kohteesta Wikipedia
Loikkaa: valikkoon, hakuun
Metallista elohopeaa lasiastiassa.

Raskasmetalli on yleisnimitys erilaisille ympäristölle ja terveydelle haitallisille metalleille ja puolimetalleille, joilla on suuri tiheys, massa ja järjestysluku. Raskasmetalli ei ole virallinen tieteellinen termi, koska tieteilijät eivät koskaan ole päässeet yhteisymmärrykseen siitä, mitkä alkuaineet raskasmetalleihin kuuluvat.[1] Tieteenalat ovat kiinnostuneita metallien eri ominaisuuksista ja määrittelevät raskasmetallit siten omien kriteeriensä mukaan. Esimerkiksi lääketiede painottaa raskasmetallien haitallisuutta terveydelle, kun taas fysiikka ja kemia tutkivat aineiden fysikaalisia ominaisuuksia ja niiden aiheuttamia kemiallisia reaktioita.[2] Tästä huolimatta termiä raskasmetalli käytetään hyvin yleisesti.

Ympäristöministeriön asetuksessa yleisimpien jätteiden sekä ongelmajätteiden luettelosta:

Käsitteellä “raskasmetalli” tarkoitetaan kaikkia antimoni-, arseeni-, kadmium-, kromi(VI)-, kupari-, lyijy-, elohopea-, nikkeli-, seleeni-, telluuri-, tallium- ja tinayhdisteitä sekä näitä aineita metallisessa muodossa, mikäli ne on luokiteltu vaarallisiksi aineiksi.[3]

Raskasmetalleilla on haitallisia vaikutuksia sekä ympäristöön että terveyteen. Osa tähän luokkaan kuuluvista metalleista on pieninä pitoisuuksina elämälle tärkeitä hivenaineita joiden haitalliset vaikutukset tulevat esiin vasta suuremmilla pitoisuuksilla tai pitkäaikaisessa altistumisessa. Raskasmetalleja esiintyy ympäristössä myös luonnostaan.

Raskasmetallitermillä on suomen ja englannin kielissä eri merkitys. Englanninkielinen termi heavy metals määrittelee raskasmetallit tiheyden, massan ja järjestysluvun mukaan, mutta ei painota metallien haitallisuutta samalla tavoin kuin suomenkielinen termi. Tästä syystä englannin kielessä raskasmetalleihin luokitellaan useampia metalleja, kuten rauta, kulta ja hopea. Suomessa käytettyä termiä vastaakin englannin kielessä paremmin termi toxic heavy metal, joka ottaa huomioon myös metallien myrkyllisyyden.

Historia[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

Kupari, tina, lyijy, antimoni ja elohopea ovat raskasmetalleja, joita on käytetty esihistoriasta lähtien. Kuparia käytettiin jo yli 7000 vuotta sitten työkaluissa, koruissa ja alkeellisissa aseissa. 3000 eea. kuparista ja tinasta opittiin valmistamaan kovempaa ja kestävämpää pronssia ja aineen käytön yleistyminen johti pronssikauteen. Lyijyä käytettiin sen muokattavuuden vuoksi vesijohdoissa Mesopotamiassa jo 3000 eea. sekä myöhemmin antiikin Roomassa samaan tarkoitukseen.[2] Lyijyn käyttö vesijohdoissa on edelleen melko suuri maailmanlaajuinen ongelma.[4]

Joidenkin raskasmetallien haitallisuus on tiedetty pitkään. Antiikin roomalaiset avasivat lyijykaivoksia ympäri Eurooppaa ja niissä työskentelevien orjien lyijymyrkytykset olivat yleisiä. Lyijyn käyttö astioissa, kuten juomapikareissa, aiheutti haittavaikutuksia myös tavallisen kansan keskuudessa. Suurten lyijypitoisuuksien uskotaan vaikuttaneen Rooman heikkenemiseen antiikin loppupuolella.[4]

Kiinteää lyijyä

Antiikin roomalaiset, kreikkalaiset sekä muinaiset kiinalaiset käyttivät elohopeaa lääketieteessä ja uskoivat sillä olevan parantavia voimia. Tämän lisäksi sillä tiedettiin olevan myös haittavaikutuksia, koska elohopeakaivosten työntekijöillä esiintyi vapinaa ja mielenterveyden heikentymistä.[5] Elohopean tavoin myös arseenia käytettiin lääkkeenä, mutta historia tuntee sen paremmin myrkkynä. Arseeni oli antiikin Roomassa ja keskiajalla yleinen myrkky sen helpon saatavuuden sekä huomaamattomuuden vuoksi. Arseenimyrkytystä oli hankala todeta sen ruokamyrkytystä muistuttavien oireiden, kuten ripulin ja oksentamisen vuoksi. Vaikka arseeni tunnettiin jo antiikin aikana, yleinen uskomus on että puhtaan arseenin erottamisessa onnistui ensimmäisenä dominikaanimunkki Albert Suuri vasta vuonna 1250.[6] Myös vismutti tunnettiin jo keskiajalla, mutta sen erottaminen lyijystä tapahtui vuonna 1753.[7]

Muut raskasmetallit, kuten nikkeli, kromi ja tallium löydettiin vuosina 1750-1861.[8][9][10] Näitä aineita esiintyi usein jo aiemmin käytettyjen raskasmetallien, kuten lyijyn tai kuparin yhteydessä, mutta niitä ei osattu erotella eri aineiksi. Tiedon ja tutkimusten lisääntyessä, raskasmetallien erottelusta tuli helpompaa. Esimerkiksi telluurin löytäjä Franz-Joseph Müller von Reichenstein oletti löytämänsä malmin olevan joko antimonia tai vismuttia. Oletus oli väärä ja kolmen vuoden tutkimustyön jälkeen von Reichenstein pystyi lopulta todistamaan löytäneensä uuden alkuaineen. Vuonna 1796 kyseinen alkuaine nimettiin telluuriksi.[11]

Tieteellisessä merkityksessä englanninkielistä termiä heavy metals käytettiin ensimmäisen kerran englanninkielisessä kirjallisuudessa vuonna 1936. Tällöin tanskalainen Niels Bjerrum määritteli englanniksi käännetyssä teoksessaan Inorganic Chemistry raskasmetalleiksi metallit, joiden tiheys on suurempi kuin 7 g/cm3. Monet tieteilijät ovat tämän jälkeen muuttaneet raskasmetallien määritelmää, mutta termille ei ole vakiintunut muotoa, jonka kaikki hyväksyvät. Koko termin tarpeellisuus on myös kyseenalaistettu.[1]

Suomessa termi raskasmetallit on määritelty ympäristöministeriön vaarallisia jätteitä käsittelevässä asetuksessa vuonna 2000.[3] Termin käyttö on yleistynyt, kun ihmisten huomio on kiinnittynyt entistä enemmän ympäristön ja erityisesti ravinnon sisältämiin haitallisiin aineisiin.

Esiintyminen[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

Nikkelikadmiumakkuja

Raskasmetalleja esiintyy luonnostaan mineraaleina kallioperässä, maaperässä, kasveissa, eläimissä ja ihmisissä. Ne ovat alkuaineita, eivätkä ne ikinä häviä luonnon kiertokulusta.[12] Raskasmetallit ovat hankalia ympäristömyrkkyjä niiden pysyvyyden takia. Koska metallit voivat sitoutua orgaanisiin tai epäorgaanisiin molekyyleihin ja kiinnittyä ilmassa leijuviin hiukkasiin, ne pystyvät rikastumaan ravintoverkossa aina geosfääristä biosfäärin ekosysteemeihin.[2] Raskasmetalleja päätyy ympäristöön myös ihmisen vaikutuksesta. Esimerkiksi fossiilisten polttoaineiden poltosta, kaivostoiminnasta, metallien tuotannosta, jolloin raskasmetalleja syntyy sivutuotteena, jätteiden poltosta ja teollisuusjätteistä, kuten liikenteen päästöistä, lannoitteista, lyijyakuista, maalista sekä kyllästetystä puusta.

Lyijy on yleisin raskasmetalleista. Sitä esiintyy esimerkiksi lyijyakuissa, ääni- ja säteilysuojelussa sekä ammuksissa. Se pääsee luontoon myös liikenteestä ja teollisuudesta, kuten metallisulatoista ja akkuteollisuudesta.[13] Muiden myrkkyjen tavoin lyijy pystyy kulkeutumaan pitkiäkin matkoja ilmavirtojen mukana. Pääasiallinen altistumisreitti on ravinto.[14] Tetraetyylilyijyä (CH3CH2)4Pb käytettiin osana bensiinissä 1930-1970 luvuilla. Palaessa bensiinistä vapautui ympäristöön haitallisia lyijy-yhdisteitä, kuten hermo- ja ympäristömyrkkyjä. Tämän vuoksi lyijy-yhdisteiden käytöstä bensiinin lisäaineena on luovuttu kokonaan. Suomessa kielto astui voimaan 1990-luvulla ja koko EU:n alueella vasta 2004. Lyijyttömien polttoaineiden myötä sen saanti on vähentynyt huomattavasti.[15][16]

Elohopeaa esiintyy kaivostoiminnassa, torjunta-aineissa, paristoissa ja elektroniikka- sekä kemiateollisuudessa. Sitä on hyödynnetty myös lämpö- ja painemittareissa sekä hammaspaikoissa, mutta sen käytöstä on luovuttu myrkyllisten vaikutusten vuoksi.[17] Noin kolmasosa elohopeapäästöistä on ihmisen aiheuttamia. Suurin osa niistä on peräisin hiilivoimaloista, kullankaivuusta ja fossiilisten polttoaineiden, varsinkin hiilen käytöstä.[18]

Kadmiumin tärkein käyttökohde on nikkelikadmiumakut. Sitä käytetään myös pinnoitteissa ja laakereissa. Ympäristöön kadmiumia päätyy esimerkiksi fosfaattilannoitteiden valmistuksesta ja käytöstä sekä jätteiden käsittelystä.[19]

Haittavaikutukset[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

Raskasmetalleja esiintyy ympäristössä luonnostaan pieninä määrinä ja jotkin niistä, kuten kupari ja kromi, ovat eliöille välttämättömiä. Raskasmetallit ovat ympäristömyrkkyinä erittäin haitallisia, koska ne säilyvät luonnossa pitkään. Niiden poistuminen elimistöstä on myös hyvin hidasta.[20]

Hengittäessä ihmisen elimistöön päätyy pieniä määriä ilman sisältämiä raskasmetalleja. Luonnossa raskasmetallit imeytyvät kasveihin ja eläimiin rikastuen lopulta ravintoverkon huipulle ihmisiin. Raskasmetalleja imeytyy ravintoomme myös erilaisten pakkausten, kuten säilyketölkkien kautta. Myös vanhat koristeastiat voivat sisältää pieniä määriä raskasmetalleja, kuten lyijyä ja kadmiumia.[21]

Raskasmetallien haittavaikutukset ovat vaihtelevia ja jotkin niistä ovat haitallisempia kuin toiset. Yleisiä haittavaikutuksia ovat kuitenkin ihon ärsyyntyminen kosketuksesta ja suurien pitoisuuksien hengittämisestä aiheutuvat erilaiset keuhkosairaudet. Vaarallisimpien raskasmetallien haittavaikutukset kohdistuvat usein ääreis- ja keskushermostoon, verenkiertoon, munuaisiin ja maksaan. Jotkin raskasmetallit voivat vaikuttaa myös lisääntymiseen ja ihmisen kehitykseen, sekä pahimmillaan aiheuttaa syöpää tai johtaa jatkuvan altistumisen myötä kuolemaan.[22][23][24]

Haitallisimmat raskasmetallit[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

Elohopean kulku ravintoketjussa.selvennä

Lyijyllä on ollut suuri asema teollistumisessa, mutta sen käyttöä on pyritty vähentämään aineen ympäristölle haitallisuuden vuoksi. Esimerkiksi tetraetyylilyijyn ja bensiiniin sekoittaminen kiellettiin osittain sen takia, että veren lyijypitoisuuden todettiin liittyvän lasten älyllisen kehityksen viivästymiseen.[4] Käytön vähentämisestä huolimatta lyijyä päätyy luontoon teollisuuden myötä.

Tänä päivänä ihminen saa eniten lyijyä ravinnosta. Lyijyä kertyy ilmansaasteiden mukana erityisesti kasveihin. Suurimpia lyijyn lähteitä ovat juurekset, kasvikset, vilja, hedelmät sekä kala ja kalasäilykkeet.[14][21] Pitkäaikainen altistuminen lyijylle voi aiheuttaa haittavaikutuksia keskushermostossa, ääreishermostossa, luuytimessä ja munuaisissa. Lyijyn on lisäksi todettu olevan vahingollista ihmisen lisääntymiselle sekä kehitykselle. Erityisesti lapset ovat herkkiä lyijylle.[4][14][22]

Elohopeaa päätyy ympäristöön teollisuuden takia. Elohopea on erittäin myrkyllistä vesieliöille ja kala onkin ravinnon suurimpia elohopean lähteitä. Elohopeaa esiintyy monessa eri muodossa ja niillä on erilaisia haittavaikutuksia. Epäorgaaninen elohopea ärsyttää ihoa ja voi jo lyhyen hengityksen kautta altistumisen aikana aiheuttaa keuhkotulehduksen. Pitkäaikainen altistuminen epäorgaaniselle elohopealle voi vaikuttaa munuaisten ja keskushermoston toimintaan.[23] Kaikista elohopean muodoista myrkyllisin ja vaarallisin on metyylielohopea. Metyylielohopean haittavaikutukset kohdistuvat keskushermostoon sekä aivoihin. Lisäksi se voi kasvattaa sydän- ja verisuonitautien riskiä.[18]

Kadmium on ainoa raskasmetalli, jota olennaisissa määrin kertyy kasveihin niiden juurien kautta. Suurimpia kadmiumin lähteitä ovat kasvikset, viljatuotteet sekä riistaeläinten maksa ja munuaiset. Myös tupakka sisältää kadmiumia.[21] Kadmiumin puoliintumisaika on kymmeniä vuosia, ja se poistuu elimistöstä hyvin hitaasti. Kadmium on haitallista keskushermostolle ja se voi aiheuttaa luuston haurastumista. Lisäksi se kasvattaa sydän- ja verenkiertoelimistön sairauksien sekä syövän riskiä.[19][24]

Valvonta[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

Nykyisin ihmisen toiminnasta aiheutuvat raskasmetallipäästöt ovat erittäin tarkkaan ympäristölainsäädännössä säänneltyjä ja valvottuja.[20] Ympäristömyrkkyjä on tärkeä valvoa niiden pysyvyyden takia. Niiden vaikutukset ovat kasautuvia, joten niiden aiheuttamat vahingot saattavat ilmetä vasta vuosien päästä varsinaisesta altistumisesta. Esimerkkejä valvonnasta:

  • Puhdistamolietteiden raskasmetallipitoisuuksia on seurattu Suomessa pitkään ja ne ovat laskeneet merkittävästi aikaisempien vuosikymmenten tasosta.[25][26] liitteen 5 myötä lietteiden haitta-aineiden pitoisuuksien laadunvalvontaa on jouduttu kiristämään.[27]
  • Ilman epäpuhtauksien päästöt arvioidaan EMEPn ja Euroopan ympäristökeskuksen ohjeistuksen mukaan.[28]
  • Suomessa ja Euroopassa haitallisten alkuaineiden käyttöä rajoitetaan jatkuvasti niistä aiheutuvien terveys- ja ympäristöhaittojen takia. Esimerkiksi vuonna 2013 järjestettiin kansainvälinen kokous, jonka tarkoitus oli kieltää elohopean käyttö vähitellen kokonaan.
  • Lyijyn enimmäispitoisuusrajoja on määrätty Euroopan yhteisön lainsäädännössä ((EY) N:o 1881/2006) maidolle, äidinmaidonkorvikkeille ja vieroitusvalmisteille, lihalle, tietyille sivutuotteille, kalanlihalle, äyriäisille, tietyille vihanneksille, hedelmille ja marjoille, rasvoille ja öljyille, hedelmätäysmehuille ja –nektareille, viineille sekä ravintolisille.[14]
  • Elohopean enimmäispitoisuusrajat on asetettu Euroopan yhteisön lainsäädännössä ((EY) N:o 1881/2006) kalastustuotteille ja kalanlihalle, äyriäisille sekä ravintolisille.[18]
  • Kadmiumin enimmäispitoisuusrajoja on rajoitettu mm. talousvesiasetuksessa (STMa 442/2014) ja Euroopan yhteisön lainsäädännössä ((EY) N:o 1881/2006) jossa asetettiin enimmäispitoisuusrajat äidinmaidonkorvikkeille ja vieroitusvalmisteille, teollisille lastenruoille, lihalle ja sisäelimille, eri kaloille ja muille meren antimille, vihanneksille, juureksille, sienille, viljalle ja viljatuotteille. 1.1.2019 astuu voimaan kadmiumin pitoisuus rajoitus kaakaojauheelle ja suklaalle.[19]

Käyttö teollisuudessa[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

Elohopeaa louhitaan vuosittain noin 1 400 tonnia, josta Suomessa noin 20 tonnia. Elohopeaa ei esiinny puhtaana luonnossa vaan malmeissa. Pääasiassa sitä saadaan sinoperista eli elohopeasulfidista eroteltuna. Tärkeimmät elohopean tuottajamaat ovat Kiina, Kirgisia ja Espanja. Louhinnan lisäksi elohopeaa käytetään varsinkin kehitysmaissa laajalti kullan erottamiseen malmista. Terveys- ja ympäristöhaittojen takia sitä on pyritty vähentämään ja korvaamaan vaarattomalla booraksilla.[17]

Kadmiumia tuotetaan lähinnä sinkin louhinnan sivutuotteena, mutta sitä syntyy myös lyijyn ja kuparin tuotannossa. Kadmiumia tuotetaan vuosittain noin 14 tonnia.

Teollisuudessa lyijyä ja lyijy-yhdisteitä käytetään mm. korroosionestoaineena, väriaineena ja pehmikkeenä maaleissa (lyijyoksidi, lyijykromaatti, ja lyijynaftelaatti), lisäaineena kristallilasissa (lyijyoksidi), stabilisaattorina PVC- muoveissa (lyijystearaatti) ja lisäaineena ruudeissa (lyijyasetaatti). Työterveyslaitoksen arvion mukaan lyijylle altistuu Suomessa noin 4500 työntekijää. Suurimmat altistuvat ammattiryhmät lyijylle ovat koneen- ja moottorinkorjaajat, valimotyöntekijät, muovituotetyöntekijät, elektroniikka- ja teleasentajat, sekä konepaja- ja rakennusmetalli työntekijät. Voimakkaimmin altistuneita ammattiryhmiä ovat valimotyöntekijät, sulatto- ja sulatusuuni työntekijät sekä hitsaajat ja kaasu-leikkaajat.[29]


Lähteet

  1. a b Duffus, John H.: ‘Heavy metals’ — A meaningless term? Pure and Applied Chemistry vol 74, no 5. 2002. Viitattu 12.5.2017. (englanniksi)
  2. a b c Jeffery, W. Gordon: Metallien maailma. Malmista metalliksi ja käyttöön. Suom. Pietiläinen, Kimmo. Ottawa, Kanada: International Council on Metals and the Environment, 2001. ISBN 1-895720-41-9.
  3. a b 2000/532/EY EUR-Lex. Viitattu 12.5.2017.
  4. a b c d Tuomisto, Jouko: Vieläkö raskasmetalleista on ongelmia? Terveyskirjasto. 3.11.2014. Viitattu 12.5.2017.
  5. Sloane, Julie: Mercury history Toxic Metals Superfund Research Program. Viitattu 12.5.2017. (englanniksi)
  6. Smith, Roger Ph.D: Arsenic history Toxic Metals Superfund Research Program. Viitattu 12.5.2017. (englanniksi)
  7. Bismuth history The Royal Society of Chemistry. Viitattu 12.5.2017. (englanniksi)
  8. Periodic table, Nickel The Royal Society of Chemistry. Viitattu 12.5.2017. (englanniksi)
  9. Periodic table, Chromium The Royal Society of Chemistry. Viitattu 12.5.2017. (englanniksi)
  10. Periodic table, Thallium The Royal Society of Chemistry. Viitattu 12.5.2017. (englanniksi)
  11. Periodic table, Tellurium The Royal Society of Chemistry. Viitattu 12.5.2017. (englanniksi)
  12. Suomen, Norjan ja Venäjän raja-alueen ympäristöhaasteissa -hanke Lapin ELY-keskus. Viitattu 12.5.2017.
  13. Lead Australian Goverment, Department of the Environment and Energy. Viitattu 16.05.2017. (englanniksi)
  14. a b c d Elintarvikkeiden sisältämät raskasmetallit, lyijy Elintarviketurvallisuusvirasto Evira. Viitattu 15.5.2017.
  15. Mälkönen, Pentti: Metalliorgaaniset yhdisteet, Orgaaninen kemia, s. 241. Otava, 1979. ISBN 951-1-05378-7.
  16. kemikaalikortti CAS: 78-00-2 kansainväliset kemikaalikortit.
  17. a b Salomon Ib, Siren Jouni: Jäähyväiset elohopealle Tieteen kuvalehti 11/2011. Viitattu 16.05.2017.
  18. a b c Elintarvikkeiden sisältämät raskasmetallit, elohopea Elintarviketurvallisuusvisrasto Evira. Viitattu 15.5.2017.
  19. a b c Elintarvikkeiden sisältämät raskasmetallit, kadmium Viitattu 15.5.2017.
  20. a b Elintarvikkeiden sisältämät raskasmetallit Elintarviketurvallisuusvirasto Evira. Viitattu 15.5.2017. /
  21. a b c Heinonen Sanna, Kero Tiina, Pohjoispää Monika: Raskasmetallit Helsingin yliopisto. 2002. Viitattu 12.5.2017.
  22. a b kemikaalikortti CAS: 7439-92-1 Kansainväliset kemikaalikortit. Viitattu 12.5.2017.
  23. a b kemikaalikortti CAS: 7439-97-6 Kansainväliset kemikaalikortit. Viitattu 12.5.2017.
  24. a b kemikaalikortti CAS: 7440-43-9 Kansainväliset kemikaalikortit. Viitattu 12.5.2017.
  25. Laitinen, Jyrki: Puhdistamolietteen ja biolietteen käsittely ravinteita kierrättäen Syke. 11.9.2013. Viitattu 15.5.2017.
  26. Valtioneuvoston asetus jätteistä, lainsäädäntö 179/2012 Finlex. 19.4.2012. Viitattu 16.05.2017.
  27. Rantanen P., Valve M. ja Kangas A.: SYKEra1/2008 Lietteen loppusijoitus -esiselvitys, s. s. 80. Helsinki: Suomen ympäristökeskus, 2008. ISBN 978-952-11-2969-8.
  28. EMEP/EEA air pollutant emission inventory guidebook 2013 European Environment Agency. 22. Aug. 2013. Viitattu 16.05.2017. (englanniksi)
  29. Perustelumuistio epäorgaanisen lyijyn toimenpiderajoiksi Työterveyslaitos. Viitattu 15.5.2017.