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Zinkmangel ist unter natürlichen Bedingungen nicht weit verbreitet
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Zink fürs Leben
Texte vom Institut Feuerverzinken GmbH
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Bedeutungen und Auswirkungen von Zink in der Umwelt
1. Pflanzen und Tiere brauchen Zink zum Wachstum
Im Verlauf der Evolution haben alle lebenden Organismen das in ihrer Umwelt verfügbare Zink aufgenommen und es für spezifische Funktionen ihres Stoffwechsels eingesetzt. Folglich sind alle Organismen auf die biologisch verfügbaren Zinkkonzentrationen ihrer natürlichen Umgebung eingestellt, die nicht konstant, sondern abhängig von saisonalen Schwankungen sind. Um diesen Fluktuationen gewachsen zu sein, haben die Organismen einen Mechanismus (Homöostase) entwickelt, der es ihnen erlaubt, ihre Zinkaufnahme innerhalb bestimmter Grenzen zu regulieren.
Mangel ist unter natürlichen Bedingungen aufgrund der Hintergrundbestände an Zink nicht weit verbreitet. Zinkmangel tritt normalerweise unter unnatürlichen Bedingungen auf, jedoch auch z.B. in der modernen Landwirtschaft, wo die Bioverfügbarkeit von Zink eingeschränkt ist und deshalb zusätzliches Zink eingesetzt wird, um ein optimales Wachstum von Feldfrüchten und Vieh zu erreichen. Andererseits kann Zink für Organismen toxisch sein, wenn die Konzentration zu hoch ist.
2. Natürliche Ökosysteme und Nahrungsketten
In der Natur bilden alle Organismen, die in derselben physikalischen Umgebung (ihrem Habitat) zusammenleben, ein ökosystem, eine komplexe Gemeinschaft zahlreicher Populationen verschiedener Arten, die als Nahrungsquelle voneinander abhängen. Es bilden sich Nahrungsketten oder Nahrungsnetze. Ökosysteme sind abhängig von ihrer physikalischen Umgebung wie Süßwasser, dem Meer oder dem Boden.
Die Sonne ist die treibende, ein Ökosystem mit Energie versorgende Kraft, die von den Pflanzen und Algen in Biomasse umgewandelt wird, was die Nahrungskette mit verschiedenen Stufen von "Konsumenten" wie Würmern, Fischen, Vögeln, Tieren und Menschen startet.
Offensichtlich wird, das wenn die Zinkkonzentration in einem gegebenen Habitat als Ergebnis eines anthropogenen Eintrags bestimmte Werte übersteigt, dies Auswirkungen auf die vorhandenen Organismen haben kann. Im Extremfall wird das natürliche Gleichgewicht gestört und die Struktur (Artenvielfalt) und Funktion des Ökosystems beeinträchtigt. Dies ist Thema der Umweltrisikenabschätztung.
3. Risikoabschätzung
Bei der Risikoabschätzung wird die Möglichkeit, daß eine Substanz nachteilige Effekte für die menschliche Gesundheit oder das Funktionieren eines Ökosystems aufweist, durch die Beantwortung zweier Fragen bewertet:
- Welches sind die kritischen Werte einer gegebenen Substanz, ab denen nachteilige Effekte erwartet werden können?
Diese Frage wird durch Analysedaten der Toxikologie (Menschen) und Ökotoxikologie (Umwelt) beantwortet, um daraus Werte für die tolerierbare Tagesaufnahme für die menschliche Gesundheit und die voraussagbar unwirksame Konzentration (PNEC) für die Umwelt abzuleiten.
- Was ist die wirkliche Gefährdung durch eine Substanz für die Umwelt?
Die Gefährdung durch eine Substanz wird ausgedrückt in den Begriffen Tagesaufnahme für Menschen und voraussagbare Umweltkonzentration (PEC) für die Umwelt. Das Risiko wird dann abgeschätzt, indem der Wert der kritischen Auswirkung mit dem Wert der Gefährdung verglichen wird:
Wenn die Tagesaufnahme unter der tolerierbaren Tagesaufnahme (oder der PEC unter dem PNEC) liegt, besteht kein Risiko für den Menschen (oder die Umwelt). Wenn die Tagesaufnahme der tolerierbaren Tagesaufnahme entspricht oder darüber liegt (PEC gleich oder höher als PNEC), dann besteht ein Risiko.
4. Ökotoxikologie
Die Auswirkungen von Substanzen auf Ökosysteme wird durch die Ökotoxikologie ausgedrückt. Die Substanzen k&oouml;nnen von Menschen hergestellt, z.B. organische Chemikalien, oder natürliche essentielle Elemente wie Zink sein.
Bei ökotoxikologischen Tests werden Organismen aus ihrer natürlichen Umgebung herausgenommen und in ein Labor überstellt, wo sie unterschiedlichen Konzentrationen bestimmter Substanzen ausgesetzt werden. Auf diese Weise werden der EC50 (Wirkkonzentrations)-Wert, die Konzentration, bei der 50% der Testorganismen in Hinsicht auf ihre biologischen Endpunkte wie Wachstum oder Reproduktion beeinflußt werden, oder der NOEC (keine beobachtete Wirkkonzentrations)-Wert, die höchste Konzentration, bei der keine Wirkung festzustellen ist, bestimmt. Die EC50 und NOEC-Werte für die verschiedenen Organismen eines vorhandenen Ökosystems werden dann verwendet, um die PNEC (voraussagbar unwirksame Konzentration) zu beurteilen.
5. Zink in Gewässern
Wo liegen die möglichen Risiken im Hinblick auf das Vorhandensein von Zink in Gewässern? Diese Frage regt die Diskussion um Methoden der Risikoabschätzung für essentielle Elemente wie Zink an.
Auf der Basis entsprechender Methoden für essentielle Elemente und zuverlässiger ökotoxikologischer Daten wurden PNEC (voraussagbar unwirksame Konzentration)-Werte von 50 µg/Liter gelösten Zinks (das entspricht 150-200 µg/Liter Gesamt-Zink) fesgestellt. Risikoanalysen, die im Wasser und im Boden durchgeführt wurden, führen zu dem Ergebnis, das die heutigen Zinkwerte kein Risiko für die Umwelt bergen (Van Asche u.a., 1996). Beispielsweise liegen die heutigen Zinkwerte im Rhein genau innerhalb des für Zink aufgestellten Optimalen Konzentrationsbereiches.
6. Schlußfolgerung
Zink ist ein natürliches Element, das für den Menschen und die meisten lebenden Organismen essentiell ist. Tatsächlich wird Zinkmangel mittlerweile als Problem für die Gesundheit des Menschen betrachtet. Die Zinkemissionen aus der Industrieproduktion sind in den letzten Jahrzehnten bedeutend gesunken; und die heutigen Zinkwerte bedeuten kein Risiko für die Umwelt. Orte mit nachgewiesener historischer Kontamination erfordern allerdings eine entsprechende Behandlung.
Vor kurzem wurde durch das Internationale Programm für Chemische Sicherheit (IPCS), einem weltweiten Forum unter der Führung der WHO (Weltgesundheitsorganisation), der ILO (Internationale Arbeitsorganisation) und des UNEP (Umweltprogramm der vereinten Nationen), ein Expertenteam für Zink gebildet, das Umwelt- und Gesundheitskriterien für Zink aufstellen soll. In seiner Schlußfolgerung stellt das Expertenteam fest:
"Zink ist ein essentielles Element in der Umwelt. Es bestehen sowohl Möglichkeiten für einen Mangel an diesem Metall als auch für einen Überschuß. Aus diesem Grund ist es wichtig, daß Kriterien zur Reglementierung von Zink als Schutz vor Toxizität nicht so niedrig angesetzt werden, daß sie in den Bereich des Zinkmangels führen."
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