Þungmálmar eru málmar með meiri eðlisþyngd en 5 kg/l. Hér er um ýmsa málma að ræða. Sumir þungmálmar, eins og t.d. járn, kopar og zink, eru nauðsynlegir lífi í lágum styrk og ef of lítið er af þeim koma fram skortseinkenni. Þessir málmar eru hins vegar oft eitraðir í of miklu magni. Aðrir málmar eins og kadmíum, blý, kvikasilfur og arsen hafa enga jákvæða virkni og eru eitraðir jafnvel í litlu magni.

Mynd 5.4. Vinstra megin: Blýbætt bensín var notað til ársins 1996 hér á landi. Á þeim tíma fór mikið magn blýs út í umhverfið. Hægra megin: Sumar rafhlöður innihalda þungmálma (t.d. kadmíum og kvikasilfur).

Þungmálmar eru af náttúrulegum uppruna. Þeir eru frumefni sem hvorki myndast né eyðast. Þungmálmar finnast í bergi og einnig í snefilmagni í sjónum, lofthjúpnum, jarðvegi og lífríki. Málmarnir berast út í umhverfið á náttúrulegan hátt t.d. við eldgos, veðrun og rof, en einnig vegna mannlegra athafna s.s. kolabrennslu, iðnaðar og ýmiss konar vörunotkunar. Yfirleitt má rekja meirihluta þungmálmamengunar í umhverfinu til mannlegra athafna. Þrátt fyrir að losun kvikasilfurs, blýs og kadmíums af mannavöldum hafi farið minnkandi síðustu ár og áratugi, bæði vegna tækniframfara og vegna þess að notkun þeirra í ýmsa framleiðsluferla og vörur hefur verið takmörkuð eða bönnuð alveg, fer styrkur þeirra í umhverfinu enn víða vaxandi. Þetta er vegna þess að málmarnir eru þrávirkir í umhverfinu, þeir brotna ekki niður og ef þeir falla ekki út sem set eða flytjast til í umhverfinu, þá veldur viðbótarákoma auknum styrk. Bundnir rykögnum geta þungmálmar borist með loftstaumum langar leiðir frá uppruna sínum. Kvikasilfur er rokgjarnt, enda með mun lægra bræðslu- og suðumark en aðrir málmar og getur því borist mjög langar leiðir með loftstraumum sem gufa. Málmarnir eyðast ekki í náttúrunni en safnast fyrir í umhverfinu og lífríkinu (lífsafnast). Kvikasilfur getur lífmagnast í fæðukeðjunni og náð háum styrk t.d. í túnfiski, lúðu og öðrum fiskum ofarlega í fæðukeðjunni. Styrkurinn getur orðið enn hærri í fuglum og spendýrum sem lifa á fiskunum, þar á meðal í mönnum.

Nokkrir þættir hafa áhrif á eituráhrif þungmálma, svo sem:

• Birtingarform málmsins (frumefni, ólífrænt málmsamband eða lífrænt málmsamband).
• Magn málmsins.
• Tímalengd útsetningar.
• Inntökuleið (innöndun, inntaka með fæðu og drykk, upptaka í gegnum húð).
• Aldur þess sem verður fyrir mengun (fóstur eru viðkvæmust).
• Heilsa þess sem verður fyrir mengun.

Áhrifin af þungmálmaeitrun geta verið skyndileg (bráð áhrif) eða komið fram á löngum tíma (langvinn áhrif). Almennt gildir að áhrif koma hraðar fram og þróast hraðar eftir því sem skammtarnir eru stærri. Hér á eftir verður fjallað um þrjá þungmálma sem hafa enga jákvæða virkni og eru eitraðir jafnvel í litlu magni, þ.e. kvikasilfur, blý og kadmíum.

Kvikasilfur: Kvikasilfur (Hg) er silfurlitur málmur. Bræðslumark kvikasilfurs er -39°C, suðumarkið 357°C og eðlisþyngdin 14,2 kg/l. Kvikasilfur er mjög óvenjulegur málmur að því leyti að hann er fljótandi við stofuhita. Einungis eitt annað frumefni, bróm, er í vökvaformi við stofuhita. Kvikasilfur er að finna í jarðskorpunni, í jarðvegi, bergi, vatni og andrúmslofti. Það kemur fyrir sem frumefnið kvikasilfur, í ólífrænum efnasamböndum (t.d. kvikasilfursúlfíð, HgS) og lífrænum efnasamböndum (t.d. metýlkvikasilfur, CH₃Hg). Kvikasilfur er og hefur verið notað í iðnaði (t.d. pappírsiðnaði, klóralkalíverksmiðjum, við framleiðslu plágueyða og PVC-framleiðslu). Kvikasilfur er notað í rafhlöður og flúrljósaperur og var notað í hitamæla. Það hefur einnig verið notað í margs konar lyf og tannfyllingar (amalgam). Dregið hefur verið úr notkun kvikasilfurs vegna þess hve eitrað það er.

Kvikasilfur berst út í umhverfið vegna náttúrulegra ferla (rof, veðrun, eldvirkni) og vegna athafna mannsins. Þegar kol eru brennd losnar kvikasilfur út í andrúmsloftið. Kvikasilfur berst líka út í umhverfið vegna námuvinnslu, iðnaðarframleiðslu og notkunar á vörum sem innihalda kvikasilfur (rafhlöður, plágueyðar). Einnig berst það út í sjó, ár og vötn með iðnaðarúrgangi.

Þar sem kvikasilfur er rokgjarnt hegðar það sér öðruvísi en aðrir málmar. Kvikasilfur sem berst út í andrúmsloftið getur borist langar leiðir með loftstraumum (með flutningsmáta sem kenndur er við hnatteimingu, sjá kafla 5.4). Að lokum fellur það úr andrúmslofti og berst í sjó eða á land, en af landi getur kvikasilfri skolað út í árvatn, stöðuvötn og/eða út í sjó. Þar geta örverur umbreytt kvikasilfrinu í metýlkvikasilfur sem safnast fyrir í lífríkinu, í fiskum, skelfiski og dýrum sem éta fisk.

Mynd 5.5. Áhrifastaðir kvikasilfurs (vinstra megin) og kadmíums (hægra megin) í líkamanum.

Kadmíum: Kadmíum (Cd) er mjúkur og silfurlitur málmur. Bræðslumark kadmíums er 321°C, suðumarkið er 767°C og eðlisþyngdin er 8,7 kg/l. Kadmíum finnst í litlu magni í bergi, bæði sem hreinn málmur en mun oftar bundið öðrum efnum, t.d. sem kadmíumoxíð (CdO), kadmíumklóríð (CdCl₂) og kadmíumsúlfíð (CdS). Kadmíum hefur verið notað í rafhlöður, rafeindabúnað og plast, sem plágueyðir og til að búa til litarefni. Þá er kadmíum einnig að finna sem óhreinindi í tilbúnum fosfóráburði, þar sem kadmíum kemur fyrir náttúrulega í fosfatbergi. Dregið hefur verið úr notkun kadmíums vegna þess hve eitrað það er. Nýlega var farið að nota kadmíum til að framleiða nanóagnir sem notaðar eru í sólarskildi . Kadmíum kemst út í umhverfið vegna náttúrulegra ferla (rof, veðrun, eldvirkni) og vegna athafna mannsins. Oftast má rekja aukið kadmíum í umhverfinu til athafna mannsins, s.s. námuvinnslu, kolabrennslu, iðnaðarframleiðslu (sér í lagi zinkframleiðslu) og notkunar á vörum sem innihalda kadmíum (rafhlöður, plágueyðar, tilbúinn áburður o.fl.).

Blý: Blý (Pb) er mjúkur og silfurgrár málmur. Bræðslumark blýs er 328°C, suðumark þess er 1740°C og eðlisþyngdin er 11,35 kg/l. Blý finnst í litlu magni í bergi, bæði sem hreinn málmur en mun oftar bundið öðrum efnum, t.d sem blýsúlfíð (PbS). Blý hefur verið notað í lagnir, sem plágueyðir, litarefni í málningu, í rafhlöður og rafgeyma og síðast en ekki síst sem íblöndunarefni í bensín. Maðurinn hefur notað blý mjög lengi, líklega í meira en 6.000 ár. Ýmsir eiginleikar blýs hafa ýtt undir mikla notkun þess í gegnum tíðina. Það er aðgengilegt og frekar auðvinnanlegt, þolir veðrun og tæringu nokkuð vel, endist vel sem litarefni og er ódýrt.

Rómverjar notuðu blý í miklu magni og í alls kyns tilgangi. Tugþúsundir þræla unnu blýið úr námum, m.a. á Spáni og Grikklandi. Við vinnsluna á þessum stöðum komust blýagnir í andrúmsloftið og bárust með loftstraumum til fjarlægra staða. Sjá má vísbendingar um sögu blýframleiðslu í heiminum í borkjörnum úr Grænlandsjökli. Blýið notuðu Rómverjar í borðbúnað, vatnslagnir, förðunarvörur, skartgripi og ílát undir vín. Þeir settu einnig blý út í vínið til að dýpka litinn á því og gera það sætara. Og til að koma í veg fyrir að vínið breyttist í edik þegar það var flutt langar leiðir um allt heimsveldið, notuðu Rómverjar vínberjaþykkni, sem var einmitt soðið niður í blýílátum. Vínberjaþykkni er mjög súrt og því tók það í sig mikið blý úr ílátunum. Í Rómaveldi var blýeitrun sjúkdómur ríka fólksins. Þrælarnir sem unnu í námunum þjáðust auðvitað einnig af blýeitrun en á þessum tíma var ekki litið á þá sem alvöru þegna. Sumir vísindamenn telja að blýeitrun hafi átt þátt í hnignun Rómaveldis.

Rómverjar stuðluðu á sínum tíma að mikilli blýmengun. Engin viðlíka aukning á blýi í umhverfinu átti sér stað fyrr en eftir iðnbyltingu. Á 20. öldinni var farið að nota blý í miklu magni í málningu, rafhlöður og rafgeyma, í kjarnorkuiðnaði og sem íblöndunarefni í bensín. Á síðustu árum hefur verið dregið úr notkun blýs vegna þess hve eitrað það er. Ekki er lengur leyfilegt að blýbæta bensín og takmarkanir hafa verið settar á leyfilegt magn blýs í málningu. Blý kemst út í umhverfið vegna náttúrulegra ferla (rof, veðrun, eldvirkni) og vegna athafna mannsins. Oftast má rekja aukið blý í umhverfinu til athafna mannsins, s.s. námuvinnslu, eldsneytisbrennslu og framleiðslu og notkunar á vörum sem innihalda blý (rafhlöður, rafgeymar, málning, plágueyðar, o.fl.). Brennsla blýbætts bensíns olli mikilli losun blýs út í umhverfið meðan notkun þess var leyfð, en blý er einnig að finna í olíu og kolum og losnar út í umhverfið við brennslu þrátt fyrir að því hafi ekki verið bætt út í eldsneytið sérstaklega. Sala á blýlausu bensíni hófst hérlendis í byrjun árs 1988 og sölu á blýbættu bensíni var alfarið hætt í mars 1996. Á mynd 5.6. má sjá hvernig styrkur blýs í andrúmslofti í Reykjavík, mælt í svifryki, dróst saman eftir að sala á blýlausu bensíni hófst.

Mynd 5.6. Styrkur blýs í lofti í Reykjavík dróst saman eftir að sala á blýlausu bensíni hófst árið 1988.

Blý hefur sem fyrr segir ekkert þekkt hlutverk í lífverum og getur verið skaðlegt í litlu magni. Blý kemst inn í líkamann við innöndun, um munn eða í gegnum húðina, en algengasta eitrunarleið blýs er með fæðu. Blý hefur alls kyns óæskileg áhrif á líkamann. Það hefur m.a. áhrif á taugakerfið og veldur heilabilun, auk þess að valda nýrnaskaða. Blýið kemur í stað kalks í beinum og stuðlar þannig að veikingu þeirra. Þá hermir það eftir zinki og járni sem frumurnar þurfa. Blý gerir ýmis ensím óvirk, hefur neikvæð áhrif á myndun rauðra blóðkorna og veldur því blóðleysi. Blý blokkar líka taugaboðefni sem eru nauðsynleg fyrir nám og minni og veldur þannig greindarskerðingu. Börn eru sérstaklega viðkvæm fyrir mengun af völdum blýs því að blóðheilaþröskuldurinn er ekki þroskaður. Ung börn og konur á barneignaraldi eru viðkvæmust fyrir blýmengun. Börn borða, drekka og anda að sér meira magni af lofti á hvert kg líkamsþyngdar en fullorðnir og ýmis hegðun barna eykur áhættuna enn frekar. Börn setja t.d. allt upp í munninn á sér á ákveðnu aldursskeiði, eru meira utandyra en fullorðnir og nær jörðinni vegna þess að þau eru lægri í loftinu. Þetta getur valdið því að börnin eru berskjaldaðri gagnvart blýmengun en fullorðnir. Í börnum og konum á barneignaraldri frásogast meira blý frá smáþörmum en hjá körlum og þannig kemst blýið út í blóðrásina. Hjá konum á barneignaraldri stafar þetta af járn- og/eða kalkskorti og því getur meira blý einnig frásogast hjá öðrum einstaklingum með slík skortseinkenni. Í töflu 5.1. má sjá áhrif blýmengunar á manneskjur á mismunandi aldursskeiðum, inntökuleiðina og hættumörk blýs í blóði.

Mynd 5.7. Áhrifastaðir blýs í líkamanum.