Raskasmetalli

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. 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. Tästä huolimatta termiä raskasmetalli käytetään hyvin yleisesti.
Ympäristöministeriön asetuksessa yleisimpien jätteiden ja 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.
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.
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 vuotta ennen ajanlaskun alkua kuparista ja tinasta opittiin valmistamaan kovempaa ja kestävämpää pronssia ja aineen käytön yleistyminen johti pronssikauteen. Lyijyä käytettiin sen muokattavuuden vuoksi vesijohdoissa Mesopotamiassa jo 3000 vuotta ennen ajanlaskun alkua ja myöhemmin antiikin Roomassa samaan tarkoitukseen. Lyijyn käyttö vesijohdoissa on edelleen melko suuri maailmanlaajuinen ongelma.
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.
Antiikin roomalaiset, kreikkalaiset ja 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. Elohopean tavoin myös arseenia käytettiin lääkkeenä, mutta historia tuntee sen paremmin myrkkynä. Arseeni oli antiikin Roomassa ja keskiajalla yleinen myrkky sen helpon saatavuuden ja 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. Myös vismutti tunnettiin jo keskiajalla, mutta sen erottaminen lyijystä tapahtui vuonna 1753.
Muut raskasmetallit, kuten nikkeli, kromi ja tallium löydettiin vuosina 1750–1861. 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.
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 seitsemän grammaa kuutiosenttimetrillä. Monet tieteilijät ovat tämän jälkeen muuttaneet raskasmetallien määritelmää, mutta termille ei ole vakiintunutta muotoa, jonka kaikki hyväksyvät. Koko termin tarpeellisuus on myös kyseenalaistettu.
Suomessa termi raskasmetallit on määritelty ympäristöministeriön vaarallisia jätteitä käsittelevässä asetuksessa vuonna 2000. Termin käyttö on yleistynyt, kun ihmisten huomio on kiinnittynyt entistä enemmän ympäristön ja erityisesti ravinnon sisältämiin haitallisiin aineisiin.
Esiintyminen.
Raskasmetalleja esiintyy luonnostaan mineraaleina kallioperässä, maaperässä, kasveissa, eläimissä ja ihmisissä. Ne ovat alkuaineita, eivätkä ne ikinä häviä luonnon kiertokulusta. 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. 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 ja 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. Muiden myrkkyjen tavoin lyijy pystyy kulkeutumaan pitkiäkin matkoja ilmavirtojen mukana. Pääasiallinen altistumisreitti on ravinto. 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.
Elohopeaa esiintyy kaivostoiminnassa, torjunta-aineissa, paristoissa sekä elektroniikka- ja kemiateollisuudessa. Sitä on hyödynnetty myös lämpö- ja painemittareissa ja hammaspaikoissa, mutta sen käytöstä on luovuttu myrkyllisten vaikutusten vuoksi. Noin kolmasosa elohopeapäästöistä on ihmisen aiheuttamia. Suurin osa niistä on peräisin hiilivoimaloista, kullankaivuusta ja fossiilisten polttoaineiden, varsinkin hiilen käytöstä.
Kadmiumin tärkein käyttökohde on nikkelikadmiumakut. Sitä käytetään myös pinnoitteissa ja laakereissa. Ympäristöön kadmiumia päätyy esimerkiksi fosfaattilannoitteiden valmistuksesta ja käytöstä sekä jätteiden käsittelystä.
Haittavaikutukset.
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.
Ihmiselimistöön päätyy raskasmetalleja myös elintarvikkeiden mukana. Suomalaisten ravintoperäinen raskasmetallialtistus on suurinta nuorimmissa ikäluokissa ja pienintä vanhimmissa. Poikkeuksena tästä on elohopea, jota vanhemmat ikäluokat saavat eniten sen vuoksi, että he syövät muita enemmän kalaa. Etenkin hedelmällisessä iässä olevat naiset saavat ravinnosta paljon nikkeliä ja alumiinia.
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.
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 ja pahimmillaan aiheuttaa syöpää tai johtaa jatkuvasti altistuttaessa kuolemaan.
Haitallisimmat raskasmetallit.
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. Käytön vähentämisestä huolimatta lyijyä päätyy luontoon teollisuuden myötä.
Nykyisin ihminen saa eniten lyijyä ravinnosta. Lyijyä kertyy ilmansaasteiden mukana erityisesti kasveihin. Suurimpia lyijyn lähteitä ovat juurekset, kasvikset, vilja, hedelmät sekä kala ja kalasäilykkeet. Pitkäaikainen altistuminen lyijylle voi aiheuttaa haittavaikutuksia keskushermostossa, ääreishermostossa, luuytimessä ja munuaisissa. Lyijyn on lisäksi todettu olevan vahingollista ihmisen lisääntymiselle ja kehitykselle. Erityisesti lapset ovat herkkiä lyijylle.
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. Kaikista elohopean muodoista myrkyllisin ja vaarallisin on metyylielohopea. Metyylielohopean haittavaikutukset kohdistuvat keskushermostoon ja aivoihin. Lisäksi se voi kasvattaa sydän- ja verisuonitautien riskiä.
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. 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 ja syövän riskiä.
Valvonta.
Nykyisin ihmisen toiminnasta aiheutuvat raskasmetallipäästöt ovat erittäin tarkkaan ympäristölainsäädännössä säänneltyjä ja valvottuja. Ympäristömyrkkyjä on tärkeä valvoa niiden pysyvyyden takia. Niiden vaikutukset ovat kasautuvia, joten niiden aiheuttamat vahingot saattavat ilmetä vasta vuosien päästä varsinaisesta altistumisesta.
Esimerkkejä valvonnasta:
Käyttö teollisuudessa.
Elohopeaa louhitaan vuosittain noin , josta Suomessa noin . 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.
Kadmiumia tuotetaan lähinnä sinkin louhinnan sivutuotteena, mutta sitä syntyy myös lyijyn ja kuparin tuotannossa. Kadmiumia tuotetaan vuosittain noin .
Teollisuudessa lyijyä ja lyijy-yhdisteitä käytetään muun muassa korroosionestoaineena, väriaineena ja pehmikkeenä maaleissa (lyijydioksidi, 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 kaasuleikkaajat.