|
|
Erosionsprozesse transportieren Zink in die Umwelt
|
|
|
|
|
|
|
Zink fürs Leben
Texte vom Institut Feuerverzinken GmbH
|
|
|
|
|
Vorkommen und Ursprünge von Zink in der Umwelt
1. Zink ist ein natürliches Element
Zink ist ein Teil der Natur. Die meisten Gesteine und viele Mineralien enthalten Zink in unterschiedlicher Menge, und Zink kommt in der Natur in der Luft, im Wasser und im Boden vor. Der durchschnittliche natürliche Anteil von Zink in der Erdkruste beträgt 70 mg/kg (Trockengewicht) und bewegt sich zwischen 10 und 300 mg/kg (Malle 1992).
An manchen Stellen ist Zink durch natürliche geologische und geochemische Prozesse in einem weit höheren Anteil konzentriert. Solche Konzentrationen, die sowohl an der Erdoberfläche als auch im Untergrund gefunden werden, werden als Erzvorkommen ausgebeutet. Das am meisten zu findende Zinkmineral ist Zinkblende (ZnS). Zinkmetall wird sowohl aus Erzen als auch aus recycelten Zinkprodukten hergestellt. In Deutschland werden heute mehr als 80% des verfügbaren Zinks recycelt.
Aufgrund natürlicher Erosionsprozesse wie Verwitterung und Abtragung von Gesteinen, Böden und Sedimenten durch Wind und Wasser wird ein geringer, aber dennoch wichtiger Bruchteil des natürlichen Zinks beständig bewegt und in die Umwelt transportiert. Vulkanausbrüche, Waldbrände und die Schwebstofformation über den Meeren tragen ebenfalls zum natürlichen Transport von Zink bei. Diese Prozesse verursachen einen Zinkkreislauf in der Umwelt, was zu natürlichen Hintergrundbeständen in Luft, Oberflächenwasser und Boden führt.
Genauso wie der natürliche Zinkanteil im Boden variiert, hängt auch die Konzentration von Zink im Wasser von einer Vielzahl von Faktoren ab: Beschaffenheit und Alter der geologischen Formation, die das Gewässer durchfliesst, zusammen mit biologischen und physikalisch-chemischen Bedingungen. Saisonale Abweichungen beeinflussen die Zinkkontentrationen im Wasser ebenfalls. Trotzdem können einige allgemeine Kategorien, sogenannte Habitattypen, existieren - dort, wo Gemeinschaften von Organismen - Ökosysteme - angesiedelt sind, die von den gegenwärtigen Zinklevels abhängen. Die Schwemmlandflüsse der europäischen Niederungen, die Wasserläufe der Rocky Mountains in den USA und die Großen Seen in Nordamerika sind Beispiele für Süßwasser-Habitattypen mit unterschiedlichen natürlichen Ausmaßen der Zinkkonzentration.
2. Zink ist essentiell
Alles Leben auf der Erde, wie wir es heute kennen, hat sich in Gegenwart der natürlichen Zinkanteile entwickelt. Aufgrund seiner allgemeinen Verfügbarkeit für Organismen (Bioverfügbarkeit) und seiner Eigenschaften wurde Zink von der Natur dazu benutzt, eine spezifische Rolle bei verschiedenen biologischen Reaktionen zu spielen. Als solches ist Zink ein essentielles Element für alles Leben, vom Menschen bis zum kleinsten Mikroorganismus.
Organismen nehmen die essentiellen Elemente, die sie brauchen, aus ihrer Umwelt auf, d.h. direkt aus der Luft, dem Wasser, dem Boden und der Nahrung. Wenn die Bedürfnisse ihrer Zellen nach diesen Elementen gestillt sind, verlaufen Wachstum und Entwicklung optimal. Wenn die Aufnahme zu gering ist, tritt ein Mangel ein und nachteilige Effekte können beobachtet werden. Andererseits kann die Aufnahme einer zu großen Menge eines essentiellen Elements toxisch wirken. Zwischen diesen beiden Extremen verfügt jeder Organismus über einen Konzentrationsbereich für jedes essentielle Element, innerhalb dessen sein Bedarf gedeckt ist. Es existiert also ein optimaler Konzentrationsbereich für Zink für jeden lebenden Organismus einschließlich des Menschen.
3. Zinkemissionen
Seit der Zeit der alten Griechen haben die Menschen Erzvorkommen abgebaut, um Metalle aus der Erde zu gewinnen, sie zu verarbeiten und sie für den Gebrauch für eine Vielzahl von Produkten in verschiedene chemische Formeln umzuwandeln. Zink ist seit dem Mittelalter als eigenständiges Metall bekannt, aber die industrielle Gewinnung und Verarbeitung von Zink begann in Europa erst gegen Ende des 18. Jahrhunderts. Diese industrielle Gewinnung hat zu einer anthropogenen (von Menschen verursachten) Zufuhr von Zink in die Umwelt geführt.
Seit Beginn der 70er Jahre des 20. Jahrhunderts jedoch hat die wachsende Aufmerksamkeit bezüglich der Umwelt zu einer zunehmenden Reduzierung der Zinkemissionen in die Luft und in das Wasser geführt, und die Zinkindustrie hat eine bedeutende Reduzierung der Emissionen in den letzten Jahrzehnten erreicht. Dieser Trend spiegelt sich in Messungen der atmosphärischen Zinkablagerung auf dem Schnee in Grönland wider. Die winzigen Mengen von Zinkablagerungen in dieser entlegenen Gegend sind ein Indikator sowohl für den natürlichen Zinkkreislauf als auch für die anthropogenen Zinkemissionen in die Luft und spiegeln den Trend der Zinkemissionen in die Luft wider, wie sie in der gesamten nördlichen Hemisphäre beobachtet werden können. Die Messungen aus Grönland zeigen eine maximale Zinkablagerung in den 60er Jahren und seitdem einen spürbaren Rückgang (Bautron u.a. 1995). Dieser Trend, hervorgerufen durch Kontrolle der Emissionen an Punktquellen, hält auch gegenwärtig noch an, und die Zinkwerte der Umgebungsluft bewegen sich auf die vorindustriellen Werte zu.
Die Zinkemissionen aus Spitzenquellen an Oberflächengewässern sind ebenfalls seit Beginn der 70er Jahre aufgrund von Verbesserungen der industriellen Prozesse und wirksamerer Kontrolltechnologie der Emissionen reduziert worden. Dies führte zu einem allgemeinen Rückgang der Zinkkonzentration in Oberflächengewässern in der industrialisierten Welt, wie es durch die Zinkwerte im Rhein verdeutlicht wird.
Flüchtige Emissionen sind heutzutage durch den Einsatz wirksamer Technologien der Emissionskontrolle und Best-Management-Praktiken in den Herstellungsbetrieben minimiert worden.
Eine Reduzierung der difussen Emissionen - Zink, das durch den Gebrauch zinkhaltiger Produkte in die Umwelt entweicht - ist in den letzten Jahren ebenfalls festgestellt worden. Überaus bemerkenswert ist der merkliche Rückgang der Korrosion exponierter verzinkter Oberflächen in den letzten beiden Jahrzehnten als direkte Folge des abnehmenden Säuregehalts der Luft in der industrialisierten Welt, was wiederum ein Ergebnis der scharfen Kontrollen von Schwefeldioxid-Emissionen ist.
4. Was geschieht mit Zink in der Umwelt?
Der größte Teil des im Oberflächenwasser vorhandenen Zinks wird letztendlich in den Sedimenten von Flüssen, Flußmündungen und Küstengebieten abgelagert, wo es sich als anorganische und organische Substanz bindet, wodurch seine Bioverfügbarkeit vermindert wird.
Es gibt einen Unterschied zwischen der absoluten Zinkkonzentration und der gelösten Zinkkonzentration im Wasser. Es besteht keine Beziehung zwischen der absoluten Zinkkonzentration und der Aufnahme von Zink durch Organismen.
Es ist der biologisch verfügbare Zinkgehalt, der ökologische Bedeutung hat. Dieser biologisch verfügbare Bruchteil wird gewöhnlich geschätzt, indem Wasserstichproben durch einen 0,45 µm-Filter gefiltert werden. Aber auch viele weitere Faktoren wie Temperatur, Wasserhärte, ph-Wert und der Gehalt an gelöstem organischen Kohlenstoff bestimmen die Bioverfügbarkeit von Zink im Wasser.
Im Allgemeinen setzt sich das an schwebenden organischen Substanzen haftende Zink ab, daher spiegeln normalerweise die obersten Sedimentschichten die Zinkwerte in dem darüberliegenden Wasser wider. Jüngere in Flüssen gebildete Sedimentschichten zeigen abnehmende Zinkwerte.
In der Luft vorhandene Zinkpartikel werden auf dem Boden und in Oberflächengewässern abgelagert. In der Erde wird Zink im Bodenkomplex (Ton, organische Substanzen...) gebunden, abhängig von unterschiedlichen physikochemischen Bodenfaktoren wie ph-Wert und Gehalt an organischen Substanzen. Diese Faktoren bestimmen die Löslichkeit des im Boden vorhandenen Zinks und folglich seine Bioverfügbarkeit für die Aufnahme durch Organismen. Änderungen beim ph-Wert des Bodens z.B. verändern auch die Bioverfügbarkeit des Zinks im Boden dramatisch. Böden und Sedimente sind statischere Sektoren der Umwelt als Luft- und Oberflächengewässer.
In der Umgebung einiger alter Industriegebiete können die Zinkwerte im Boden, normalerweise in Verbindung mit anderen Metallen, aufgrund hoher Emissionen in der Vergangenheit (historische Kontamination) erhöht sein. Solche Gebiete erfordern besondere Aufmerksamkeit und entsprechendes Risikomanagement, um die Gefährdung des lokalen Ökosystems zu begrenzen und eine Ausbreitung der Kontamination in die umliegenden Gebiete zu verhindern. Vielversprechende Resultate wurden jüngst mit metallimmobilisierenden Verbindungen erzielt, die, wenn sie mit kontaminiertem Erdreich vermischt werden, Zink und andere Metalle an den Bodenkomplex fixieren und damit eine verminderte Aufnahmefähigkeit durch Organismen ermöglichen (Van Gronsfeld u.a. 1994).
5. Zink wird recycelt
Zink ist ein Material, das wiederaufbereitet werden kann. In Deutschland werden mehr als 80% des verfügbaren Zinks dem Recycling zugeführt. Insgesamt werden etwa 2 Millionen Tonnen Zink weltweit jedes Jahr recycelt (Europäisches Zinkinstitut 1990).
Zink wird aus zinkhaltigen Produkten wiederaufbereitet, die nach dem Gebrauch wiederverwertet werden: Endverbraucherabfälle wie Messing-Installationsteile und Armaturen (Messing ist eine Legierung aus Zink und Kupfer), Zink-Spritzgußteile und verzinkter Stahl aus der Wiederverwertung z.B. von Automobilen, Haushalts- und Elektrogeräten, Leitplanken. Zink wird auch aus Prozeßabfällen wie Galvanikrückständen, Hochofenstaub und -aschen, Schnittabfällen, Gießereirückständen und Abfällen der Messingverarbeitung rückgewonnen. Allein die Messingindustrie gewinnt jährlich 600.000 Tonnen Zink zurück.
Eine präzise Schätzung der Rückgewinnungsrate von Zink ist schwierig, weil viele Zinkprodukte eine sehr lange Lebensdauer haben. Bei Zinkblech von Bedachungen z.B. kann davon ausgegangen werden, daß sie über 100 Jahre ohne Wartung halten, bevor sie für die Wiederaufbereitung zur Verfügung stehen. Dennoch gehen Schätzungen auf Grundlage des historischen Verbrauchs und des Lebenszyklus der Produkte davon aus, daß 80% des für die Wiederaufbereitung verfügbaren Zinks selbst schon wiederaufbereitet sind. Zink kann unendlich oft wiederaufbereitet werden ohne jeglichen Verlust seiner physikalischen oder chemischen Eigenschaften.
|
|
