Umwelt und Gesundheit

Metalle treten in der Natur überwiegend als chemische Verbindungen mit Sauerstoff (Oxide) oder mit Schwefel (Sulfide) auf; nur ganz selten sind sie in gediegener Form zu finden. Zu diesen Ausnahmen zählt – neben den Edelmetallen Gold und Silber – auch Kupfer.

Da es sich um ein essentielles Spurenelement handelt, können die Umweltauswirkungen von Kupfer nicht auf die gleiche Weise bewertet werden wie bei künstlichen Chemikalien. Die chemische Form von Kupfer ist sehr wichtig für die Bestimmung seiner biologischen Verfügbarkeit oder Bioverfügbarkeit für Organismen in der Umwelt. Die Form, Verteilung, der Transport und die potenzielle Aufnahme von Organismen und die Auswirkungen von Kupfer in Wasser, Sediment und Boden hängen weitgehend von den chemischen und physikalischen Eigenschaften der lokalen Umwelt sowie von der Bioverfügbarkeit verschiedener Formen für jeden Organismus ab.

Menschen und andere Organismen gewinnen Kupfer aus ihrer Umgebung wie Luft, Wasser und Boden. 

Bioverfügbarkeit von Kupfer

Die Bioverfügbarkeit ist die Menge eines Stoffes, die lebenden Organismen zur Aufnahme zur Verfügung steht. Die Bioverfügbarkeit von Kupfer misst den Anteil an Kupfer, der dem empfindlichen Rezeptor oder Organ eines Organismus zur Verfügung steht. Mit zunehmender Bioverfügbarkeit von Kupfer können Organismen zu viel Kupfer absorbieren. Wenn Organismen mehr Kupfer absorbieren, als sie sicher verwenden und eliminieren können, können unerwünschte Ergebnisse auftreten.

Die Bioverfügbarkeit von Kupfer hängt von mehreren Schlüsselfaktoren ab, darunter:

  • Die chemische Zusammensetzung verschiedener Kupferformen.
  • Die Konzentrationen an gelöstem Kupfer und Kupfer, die an partikulären Stoffen (d. H. Suspendierten Sedimenten) adsorbiert sind.
  • Chemische Faktoren in der lokalen Umgebung, einschließlich Säure / Alkalinität, Härte (Ca, Mg), andere Kationen (Na, K), Anionen, Komplexbildner (wie Bicarbonat, Chlorid, Sulfat, Sulfid), Bindemittel, die Kupfer verhindern von der Verfügbarkeit und gelösten organischen Substanz.
  • Wechselwirkungen mit biologischen Rezeptorstellen (“biotischen Liganden”) wie Kiemen auf Wasserorganismen.

Messungen der Gesamtkupferkonzentration in der Umwelt (d.h. in Oberflächengewässern, Sedimenten, Böden usw.) können nicht zur Vorhersage von Risiken für Organismen verwendet werden. Nur ein kleiner Teil der Gesamtmenge an Kupfer ist für Organismen bioverfügbar und daher potenziell toxisch. Die Bioverfügbarkeit von Kupfer wird durch die lokale Chemie der Umwelt und die gegenseitigen Wechselwirkungen dieser Chemikalien und von Kupfer mit jedem Organismus gesteuert.

Genaue prädiktive chemisch-mathematische Modelle wie das biotische Ligandenmodell (BLM) schätzen die Bioverfügbarkeit von Kupfer in verschiedenen Umweltmedien:

  • Süßwasserumgebungen: Ein Großteil des in Süßwasserumgebungen freigesetzten Metalls ist an teilchenförmige Feststoffe oder gelöste organische Stoffe gebunden und steht Organismen nicht zur Aufnahme zur Verfügung. Wasserlebewesen steht nur ein relativ geringer Anteil des gesamten Kupfers zur Verfügung.
  • Salzwasserumgebungen: Die Bioverfügbarkeit von Kupfer in Salzwasserkörpern, einschließlich Mündungs- und Meeresumgebungen, wird – genau wie in Süßwasserumgebungen – durch die lokale Wasserchemie bestimmt. In küstennahen Salzwasserkörpern bestimmen Schwankungen der gelösten organischen Substanz und in geringerem Maße des Salzgehalts weitgehend die Bioverfügbarkeit von Kupfer.
  • Böden (terrestrisch) und Sedimente (aquatisch): Fast das gesamte Kupfer in Böden und Sedimenten ist an Feinstaub gebunden. Die Exposition gegenüber Organismen hängt nur von der geringen Menge an bioverfügbarem Kupfer in Porenwasser ab.

Bioverfügbarkeitsmodelle, die die gemessene Chemie lokaler Umgebungen verwenden, können verwendet werden, um sichere Grenzwerte für Organismen festzulegen, die in Böden, Sedimenten und Meeresgewässern leben.

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