Logam berat beracun
Suatu logam berat beracun adalah semua logam atau metaloid yang relatif rapat yang diperhatikan karena toksisitas potensialnya, terutama dalam konteks lingkungan. Istilah ini terutama berlaku untuk kadmium, raksa, timbal, dan arsenik, yang seluruhnya muncul dalam daftar Organisasi Kesehatan Dunia (WHO) tentang 10 bahan kimia yang menjadi perhatian utama publik. Contoh lain mencakup mangan, kromium, kobalt, nikel, tembaga, seng, selenium, perak, antimon, dan talium.
Logam berat ditemukan secara alami di dalam tanah. Mereka menjadi terkonsentrasi akibat aktivitas manusia dan dapat masuk ke dalam jaringan tumbuhan, hewan, dan manusia melalui pernapasan, makanan, dan penanganan manual. Kemudian, mereka dapat berikatan dan mengganggu fungsi komponen sel vital. Efek toksik arsenik, raksa, dan timbal sudah diketahui sejak zaman dulu, tetapi metode penelitian toksisitas beberapa logam berat baru muncul tahun 1868. Pada manusia, keracunan logam berat umumnya diobati dengan pemberian zat pengkhelat. Namun, beberapa unsur yang dianggap logam berat toksik ternyata esensial, dalam jumlah kecil, bagi kesehatan manusia.
Logam berat ditemukan secara alami di tanah, dan terkonsentrasi sebagai akibat aktivitas manusia. Sumber-sumber umum berasal dari limbah pertambangan dan industri; emisi kendaraan; baterai timbal-asam (aki); pupuk; cat; kayu olahan; infrastruktur pengolahan air yang sudah lama; dan mikroplastik yang terapung di samudera dunia. Arsenik, kadmium dan timbal mungkin hadir pada mainan anak-anak pada tingkat yang melebihi standar peraturan. Timbal dapat digunakan dalam mainan sebagai stabilisator, penguat warna, atau zat anti korosi. Kadmium kadang-kadang digunakan sebagai stabilisator, atau untuk meningkatkan massa dan kilau perhiasan mainan. Arsenik diperkirakan digunakan dalam hal yang terkait dengan pewarna. Racun tikus yang digunakan pada penyimpanan biji-bijian dan lumbung kemungkinan merupakan sumber lain arsenik.
Timbal adalah kontaminan logam berat dengan prevalensi tertinggi. Sebagai komponen tetraetil timbal, , ia banyak digunakan dalam bensin pada era 1930–1970an. Kadar timbal dalam lingkungan akuatik masayarakat industri telah diperkirakan dua hingga tiga kali lipat daripada kadar di era pra-industri. Meskipun penggunaan bensin bertimbal di Amerika Utara sebagian besar sudah dihapus pada tahun 1996, tanah di sekitar jalanan yang dibangun sebelum masa ini menyimpan timbal dalam konsentrasi tinggi. Timbal (dalam bentuk timbal azida atau timbal stifnat yang digunakan dalam pemadam api) perlahan-lahan terakumulasi di lahan latihan pemadam kebakaran, mencemari lingkungan lokal dan memapar karyawan sekitar dengan risiko keracunan timbal.
Logam berat memasuki jaringan tumbuhan, hewan dan manusia melalui udara yang dihirup, makanan dan penanganan manual. Emisi kendaraan bermotor adalah sumber utama pencemaran udara termasuk arsenik, kadmium, kobalt, nikel, timbal, antimon, vanadium, seng, platina, paladium dan rodium. Sumber-sumber air (air tanah, danau, jeram dan sungai) dapat tercemar logam berat hasil pelindian industri dan limbah domestik; hujan asam dapat memperparah proses ini dengan membebaskan logam berat yang terperangkap di dalam tanah. Tumbuhan terpapar logam berat melalui air yang diasupnya; hewan memakan tumbuhan ini; makanan nabati dan hewani adalah sumber terbesar logam berat pada manusia. Absorpsi melalui kontak kulit, misalnya kontak dengan tanah, adalah sumber potensial kontaminasi logam berat lainnya. Logam berat beracun dapat mengalami bioakumulasi pada organisme karena mereka sulit dimetabolisme.
Logam berat "dapat berikatan dengan komponen sel vital, seperti protein struktural, enzim, dan asam nukleat, dan mengganggu fungsinya". Gejala dan efeknya dapat bervariasi tergantung pada logam atau senyawa logam, dan dosis yang memapar. Secara umum, paparan logam berat beracun jangka panjang dapat menyebabkan karsinogenik, pengaruh pada sistem saraf pusat dan perifer, dan mempengaruhi sirkulasi. Bagi manusia, tabel berikut menyajikan dampak umum paparan logam berat beracun "klasik", atau kromium (logam berat beracun lainnya) atau arsenik (metaloid).
Efek toksik arsenik, raksa dan timbal telah dikenal sejak zaman kuno, tetapi metodologi penelitian dari toksisitas menyeluruh logam berat baru muncul pada tahun 1868. Pada tahun tersebut, Wanklyn dan Chapman berspekulasi pada dampak buruk logam berat "arsenik, timbal, tembaga, seng, besi dan mangan" dalam air minum. Mereka mencatat "ketiadaan investigasi" dan dikurangi menjadi "perlu pengumpulan data". Pada tahun 1884, Blake menjelaskan hubungan yang jelas antara toksisitas dan berat atom unsur. Bagian berikut menyajikan rangkuman historis untuk logam berat beracun "klasik" (arsenik, raksa dan timbal) dan beberapa contoh terkini (kromium dan kadmium).
Arsenik, sebagai realgar () dan orpimen (), dikenal sejak zaman kuno. Strabo (64–50 SM – 24 Masehi?), seorang sejarawan dan ahli geografi Yunani, menulis bahwa hanya budak yang dipekerjakan pada tambang realgar dan orpimen karena mereka mau-tak-mau tewas dari efek toksik asap yang dikeluarkan dari bijih. Bir yang tercemar arsenik meracuni lebih dari 6.000 orang di area Manchester, Inggris pada tahun 1900, dan diperkirakan korban tewas sedikitnya 70 orang. Clare Luce, duta besar Amerika Serikat untuk Italia periode 1953-1956, menderita keracunan arsenik. Sumbernya terlacak berasal dari serpihan dari cat yang sarat arsenik di langit-langit kamar tidurnya. Ia mungkin juga telah memakan makanan yang terkontaminasi arsenik dari cat langit-langit ruang makan kedutaan. Air tanah yang terkontaminasi arsenik, seperti 2014, "masih meracuni jutaan orang di Asia".
Kaisar pertama China bersatu, Qin Shi Huang, dilaporkan meninggal akibat mengkonsumsi pil raksa yang diharapkan memberinya keabadian. Frase "gila seperti pembuat topi" sepertinya merujuk pada keracunan raksa di kalangan pengrajin topi ("milliner" atau "hatter", sehingga disebut ), karena senyawa berbasis raksa pernah digunakan dalam pabrikasi topi laken pada abad ke-18 dan ke-19. Dalam sejarahnya, amalgam emas (paduan dengan raksa) banyak digunakan dalam penyepuhan, menyebabkan sejumlah kasus di kalangan pekerja. Diperkirakan selama pembangunan Saint Isaac's Cathedral saja, 60 pekerja tewas akibat menyepuh kubah utama. Wabah keracunan metilmerkuri terjadi di beberapa tempat di Jepang selama tahun 1950an karena limbah raksa industri dibuang langsung ke sungai dan pantai. Kasus yang paling terkenal adalah Minamata dan Nigata. Di Minamata saja, lebih dari 600 orang tewas akibat wabah yang dikenal sebagai penyakit Minamata. Lebih dari 21.000 orang menuntut pemerintah Jepang, akibat hampir 3.000 jiwa tercatat mengidap penyakit ini. Dalam 22 kasus terdokumentasi, ibu hamil yang mengkonsumsi ikan yang terkontaminasi ini menunjukkan gejala ringan atau tanpa gejala, tetapi bayi yang dilahirkannya memiliki gangguan perkembangan yang parah. Sejak revolusi industri, kadar raksa telah meningkat tiga kali lipat di banyak permukaan air laut, terutama di sekitar Islandia dan Antartika.
Dampak buruk timbal telah dikenal sejak zaman kuno. Pada abad ke-2 SM, Nicander, botaniwan Yunani, menjelaskan gejala kolik dan kelumpuhan tampak pada orang yang keracunan timbal. Dioscorides, seorang dokter Yunani yang diyakini pernah hidup pada abad ke-1 SM, menulis bahwa "lead makes the mind give way", yang artinya adalah "timbal merusak otak". Timbal digunakan secara ekstensif pada akuaduk Romawi dari sekitar 500 SM hingga tahun 300. Vitruvius, insinyur Julius Caesar, melaporkan "air yang berasal dari pipa tembikar jauh lebih sehat daripada pipa timbal. Tampaknya yang terbuat dari timbal merugikan, karena timbal putih diproduksi darinya, dan ini dikatakan berbahaya bagi tubuh manusia." Selama periode Mongol di China (1271-1368 M), polusi timbal akibat peleburan perak di wilayah Yunnan melampaui tingkat kontaminasi dari kegiatan penambangan modern hampir empat kali. Pada abad ke-17 dan ke-18, orang-orang di Devon menderita oleh suatu kondisi yang disebut kolik Devon; terungkap hal ini terjadi karena imbibisi cider yang tercemar timbal. Pada tahun 2013, Organisasi Kesehatan Dunia memperkirakan bahwa keracunan timbal mengakibatkan 143.000 kematian, dan "berkontribusi kepada 600.000 kasus baru anak-anak dengan cacat intelektual", setiap tahunnya. Di kota A.S. Flint, Michigan, kontaminasi timbal dalam air minum telah menjadi sebuah isu sejak 2014. Sumber pencemaran tersebut dikaitkan dengan "korosi pada pipa timbal dan besi yang mendistribusikan air ke penduduk kota". Pada tahun 2015, kadar timbal dalam air minum di timur laut Tasmania, Australia, dilaporkan mencapai lebih dari 50 kali pedoman air minum nasional. Sumber pencemaran itu dikaitkan dengan "bobroknya kombinasi infrastruktur air minum, termasuk jaringan pipa timbal, pipa polivinil klorida yang telah kadaluwarsa dan pipa ledeng rumah tangga".
Senyawa kromium(III) dan logam krom tidak dianggap sebagai bahaya kesehatan, sedangkan toksisitas dan sifat karsinogenik kromium(VI) telah diketahui sejak paling tidak akhir abad ke-19. Pada tahun 1890, Newman menggambarkan risiko kanker yang meningkat pada pekerja di perusahaan pewarna kromat. Dermatitis akibat kromat dilaporkan pada pekerja pesawat selama Perang Dunia II. Pada tahun 1963, wabah dermatitis, mulai dari eritema sampai eksim eksudatif, terjadi di antara 60 pekerja pabrik mobil di Inggris. Para pekerja telah terpapar cat primer berbasis kromat basah yang diaplikasikan pada bodi mobil. Di Australia, kromium dilepaskan dari pabrik peledak Newcastle Orica pada tanggal 8 Agustus 2011. Sampai dengan 20 pekerja di pabrik tersebut terpapar seperti 70 rumah di dekat Stockton. Kota tersebut hanya diberi tahu tiga hari setelah kebocoran tersebut dan kecelakaan tersebut memicu kontroversi publik yang besar, dengan Orica dikritik karena telah mengurangi akan kemungkinan risiko kebocoran tersebut, dan pemerintah negara bagian diserang atas kelambanannya menangani insiden tersebut.
Paparan kadmium adalah fenomena awal abad ke-20, dan selanjutnya. Di Jepang pada tahun 1910, Mitsui Mining and Smelting Company mulai membuang kadmium ke sungai Jinzugawa, sebagai produk sampingan dari operasi penambangan. Warga di daerah sekitarnya kemudian mengkonsumsi padi yang ditanam di air irigasi yang terkontaminasi kadmium. Mereka mengalami pelunakan tulang dan gagal ginjal. Asal gejala ini tidak jelas; kemungkinan yang diangkat pada saat itu termasuk "penyakit regional atau bakteri atau keracunan timbal". Pada tahun 1955, kadmium diidentifikasi sebagai kemungkinan penyebabnya dan pada tahun 1961 sumbernya terkait langsung dengan operasi penambangan di daerah tersebut. Pada bulan Februari 2010, kadmium ditemukan di perhiasan Walmart eksklusif Miley Cyrus. Wal-Mart terus menjual perhiasannya sampai Mei, saat tes rahasia yang diselenggarakan oleh Associated Press mengkonfirmasi hasil aslinya. Pada bulan Juni 2010 kadmium terdeteksi dalam cat yang digunakan untuk gelas minum promosi film Shrek Forever After, yang dijual oleh restoran McDonald's, memicu penarikan kembali 12 juta gelas.
Pada manusia, keracunan logam berat umumnya diobati dengan pemberian zat pengkhelat. Ini adalah senyawa kimia, seperti (kalsium dinatrium etilenadiaminatetraasetat) yang mengubah logam berat menjadi bentuk inertnya sehingga dapat diekskresikan tanpa interaksi lebih lanjut dengan tubuh. Khelat bukan tanpa efek samping dan juga bisa menghilangkan logam bermanfaat dari tubuh. Suplemen vitamin dan mineral kadang diberikan bersama untuk alasan ini.
Tanah yang terkontaminasi logam berat dapat diatasi dengan satu atau lebih dari teknologi berikut: isolasi; imobilisasi; pengurangan toksisitas; pemisahan fisik; atau ekstraksi. "Isolasi" melibatkan penggunaan tutup, membran atau penghalang di bawah tanah dalam upaya untuk mengkarantina tanah yang terkontaminasi. "Imobilisasi" bertujuan untuk mengubah sifat tanah sehingga menghambat mobilitas pencemar berat. "Pengurangan toksisitas" mencoba mengoksidasi atau mereduksi ion logam berat beracun, melalui bahan kimia atau secara biologi menjadi bentuk yang tidak beracun atau mudah bergerak. "Pemisahan fisik" melibatkan pemindahan tanah yang terkontaminasi dan pemisahan kontaminan logam dengan cara mekanis. "Ekstraksi" adalah proses pemisahan yang menggunakan bahan kimia, volatilitas suhu tinggi, atau elektrolisis untuk mengekstraksi kontaminan dari tanah. Proses yang digunakan akan bervariasi sesuai dengan kontaminan dan karakteristik situs.
Beberapa unsur yang dianggap sebagai logam berat beracun adalah esensial, dalam jumlah kecil, untuk kesehatan manusia. Unsur-unsur ini meliputi vanadium, mangan, besi, kobalt, tembaga, seng, selenium, stronsium dan molibdenum. Kekurangan logam-logam esensial ini dapat meningkatkan kerentanan terhadap keracunan logam berat.