NATUURLEXICON

Zware metalen

Met de term “zware metalen” bedoelt men de groep van volgende stoffen: arseen, kwik, cadmium, lood, zink, chroom, nikkel, platina en koper. Zware metalen komen voor in verfstoffen, legeringen, coatings, drukinkten, bestrijdingsmiddelen en batterijen.

Toners uit kopieermachines PAK’s en soms ook kleine hoeveelheden cadmium, zink, nikkel en chroom. 

Chroom, koper en zink zijn voor de mens essentiele elementen. Bij een te hoge concentratie echter kunnen toxische effecten voorkomen. De andere zware metalen cadmium, kwik, lood en nikkel worden ronduit als toxische metalen beschouwd.

De uitstoot van zware metalen in de atmosfeer leidt tot lokale lucht- en bodemverontreiniging. De landbouw verspreidt via de kunstmest zware metalen zoals zink en cadmium. Restproducten uit fabrieken, zogenaamde zinkassen, werden vroeger veel gebruikt bij de aanleg van wegen. Ook die zinkassenwegen zijn een bron van vervuiling: de zware metalen komen via het grondwater in het oppervlaktewater terecht.

Er wordt steeds een deel van de zware metalen opgenomen door het grond- en oppervlaktewater en dus door planten. Zink spoelt af van zinken dakgoten en komt op die manier in grond- en oppervlaktewater terecht.

Het lozen van zware metalen, zelfs in kleine hoeveelheden in het oppervlaktewater, kan de uitschakeling van de aanwezige bacteriecultuur tot gevolg hebben. Onrechtstreeks kan het lozen van een te grote hoeveelheid organisch materiaal een zuurstoftekort teweegbrengen zodat er anaërobe omstandigheden ontstaan, met alle gevolgen van dien. Het herstelproces van waterlopen wordt voornamelijk bepaald door de zuurstofopname-capaciteit van het oppervlaktewater, waarbij onder meer de stroomsnelheid van belang zal zijn. Traag stromende rivieren bijvoorbeeld hebben een kleiner zelfreinigend vermogen dan snel stromende rivieren, zoals bergriviertjes. In stromend water wordt door de waterbeweging veel zuurstof in oplossing gehouden. Daardoor kan het water, zelfs bij een redelijk grote verontreiniging, nog zuurstofafhankelijke organismen bevatten. Bovendien zorgt de snelle doorstroming er voor dat tijdelijke verontreinigingen relatief snel doorspoelen. Door het gebrek aan waterbeweging zijn gemeenschappen in stilstaande wateren gevoeliger voor verontreiniging. Zuurstof raakt er sneller uitgeput.

Zware metalen vergiftigen algeneters zoals watervlooien, zodat algen zich sterker kunnen ontwikkelen.

Zware metalen worden in het biologisch milieu opgestapeld. De belangrijkste blootstellingsroutes voor de mens zijn via inademing en via de voeding. Lood, cadmium en kwik verstoren bij de mens bij hoge opnames de spermaproductie. Koper, cobalt en molybdeen tasten de hartspier en de skeletspieren aan. De meeste zware metalen zijn schadelijk voor de nierwerking en kunnen zelfs niercelnecrose (afsterven) veroorzaken. Ze binden zich aan eiwitten waardoor complexe enzymprocessen binnen de cellen verstoord worden. Zware metalen die in de atmosfeer worden geloosd, komen na transport via stofdeeltjes weer op de bodem terecht door natte of droge depositie.

De metaalindustrie is nog steeds een belangrijke lozer van zware metalen, met name zink, lood, chroom, tin, cadmium, tin en arseen en van cyaniden, organische oplosmiddelen en fenolen. De samenstelling van het afval is uiteraard afhankelijk van het processtadium. Ook al worden de bronnen gesaneerd, in het sediment van de rivieren zal er zich steeds verontreiniging zoals koper en loodsulfide bevinden. Bij piekdebieten wordt dit sediment omgewoeld en komen de stoffen vrij in het ecosysteem. De concentratie daalt dan wel, maar het probleem verdwijnt pas op lange termijn. Uitbaggeren en storten van het slib op laguneringsvelden alvorens af te voeren betekent dan weer een ruimtelijke ingreep door de enorme oppervlakte die hiervoor vereist is.

De bodem van een aantal (voormalige) non-ferrobedrijven is zwaar verontreinigd met zware metalen. De non-ferro-industrie die er sinds eind negentiende eeuw tot bloei kwam, heeft in de Vlaamse en ook Nederlandse Kempen over een oppervlakte van 2600 km² verontreiniging met onder meer cadmium achtergelaten. Door het verwaaien van metaalhoudend bodemstof en de uitloging van de zware metalen in het grondwater wordt afgeraden om eigen groenten in de omgeving te consumeren of om het grondwater te gebruiken. Dieren die in verontreinigd gebied grazen, stapelen zware metalen op in hun nieren en lever.

Bij de verbranding van steenkool in elektriciteitscentrales komen kwik en arseen in de atmosfeer.

Er steken ook zware metalen in elektronische toestellen zoals computerschermen en GSM’s (cadmium, lood, beryllium), in kwikthermometers, in TL-lampen en spaarlampen (kwik), sigarettenrook (cadmium), waterleidingen (lood), oude verflagen (lood), enz.  Zware metalen kunnen door de voeding worden opgenomen. 

Sommige zware metalen versterken elkaars toxiciteit. Zo werken koper, cadmium, zink en kwik op elkaar in waardoor ze samen een grotere giftigheid hebben dan elk afzonderlijk.

Vorsers van de KU Leuven en de Universiteit van Amsterdam konden in 1993 een verband aantonen tussen misvormingen van de tanden op de kaken van muggenlarven en de aanwezigheid van de zware metalen cadmium, lood, koper en zink in het water waarin de larven leefden. In vervuild water kunnen tal van misvormingen optreden: te veel of te weinig tanden, tanden met gaten, gespleten, samengegroeid of vervormd. Uit het onderzoek bleek dat misvormde larven beduidend hogere concentraties van lood en koper in hun weefsel hadden dan normale larven. Muggenlarven zijn de dieren die het langst in vervuild water overleven.

Bij vissen gebeurt er in de lever en de nieren een bio-accumulatie van zware metalen, vooral van cadmium en lood. Zalmachtigen en stekelbaarzen zijn extra gevoelig voor cadmium.

Uit wetenschappelijk onderzoek is gebleken dat vogels (Koolmees, Pimpelmees) in de buurt van verontreinigde sites minder eieren uitbroeden. De uitgebroede eieren leveren minder levensvatbare kuikens op en de kuikens zijn minder groot en minder gezond. De spermaproductie van de mannetjes ligt bovendien beduidend lager dan in minder verontreinigde regio’s.

Hoge concentraties aan de zware metalen lood en cadmium veroorzaken stress bij de vrouwjes die als gevolg hiervan het broeden vaak onderbreken.

Muizen met een verhoogde concentratie zware metalen in het lichaam vertoonden een duidelijk verlaagde hematocrietwaarde, een verhoogde genetische schade en een slechter functionerend immuunsysteem (onderzoek Universiteit Antwerpen).

Dassen Meles meles voeden zich onder andere met Regenwormen Lumbricus terrestris. Deze Regenwormen nemen zware metalen zoals cadmium op via de huid. Op die manier stapelt cadmium zich op in de nieren van Dassen.