Anorganische Schadstoffe

Zu den anorganischen Stoffen in der Chemie werden die Elemente und alle Verbindungen gezählt, die keinen Kohlenstoff enthalten. Dazu kommen aber einige Kohlenstoffverbindungen, die genau wie typische anorganische Stoffe aufgebaut sind wie z.B. die Carbonate.
Die anorganischen Schadstoffe lassen sich einteilen in Metalle, Nichtmetallverbindungen und Salze.
Metalle sind nur dann giftig, wenn sie entweder keinen essentiellen Nutzen für die Organismen der Umwelt haben und / oder ihre Konzentration die Verträglichkeit der Lebewesen übersteigt.
Schadstoffe der Schwermetalle, die allgemein ohne ernährungsphysiologische Bedeutung gesehen werden, sind z.B. Blei, Quecksilber, Cadmium und Arsen.
Das Quecksilber wird durch die Verbrennung der Kohle in Kraftwerken, durch die Chlorproduktion, durch die Zementwerke und durch die Goldgewinnung freigesetzt.
Blei gelangt in Deutschland hauptsächlich durch Ausschwemmung von belasteten Böden in die Gewässer.
Schädliche Nichtmetallverbindungen sind zum Beispiel Ammoniak, Stickoxide, Schwefeldioxid und Schwefeltrioxid. Der Schwefeldioxid und der Schwefeltrioxid entstehen bei der Verbrennung von fossilen Brennstoffen wie z.B. der Kohle. Die sauerstoffhaltigen Nichtmetallverbindungen (wie z.B. SO3 Schwefeltrioxid) lösen sich im Wasser und reagieren mit dem Wasser zu Säuren:

SO3 + H2O -> H2SO4 (Schwefeltrioxid + Wasser -> Schwefelsäure).

Salze bestehen aus Kationen (positiv geladenen Ionen) und Anionen (negativ geladenen Ionen). Als Kationen treten oft in Wasser Natrium (Na+), Kalium (K+), Magnesium (Mg2+) und aus der Landwirtschaft Ammonium (NH4+) auf.
Als Anionen haben wir im Wasser das Hydrogencarbonat (HCO3-) oder das Carbonat (CO32-) durch Lösung von Kohlendioxid (CO2) in Wasser oder durch Auswaschung aus Gestein. Des Weiteren Sulfat (SO42-) durch Verbrennung fossiler Rohstoffe und Phosphat (PO43-) z.B. aus der Landwirtschaft.

Ammonium und Nitrat (NH4+ und NO3-) sind die Stickstoffverbindungen, welche als Nährsalze in konventionellen Düngemitteln vorkommen. In natürlichen Gewässern sind diese beiden Stickstoffverbindungen nur in geringsten Konzentrationen enthalten. Bei pH-Werten über 7 wandelt sich Ammonium in das für Lebewesen giftige Ammoniak um, so dass hohe Ammoniumkonzentrationen in basischen Gewässern besonders problematisch für das Ökosystem sind.

Das Element Phosphor ist ein weiterer wichtiger Bau- und Betriebsstoff der Lebewesen, beispielsweise in Adenosintriphosphat (ATP) und in den Nukleinsäuren.
Phosphor wird in die Umwelt durch die Ausscheidungen von Lebewesen oder der Zersetzung toter organischer Substanz freigesetzt. Daher sind Phosphorverbindungen wie Phosphat (PO43-) Zeiger für Verschmutzungen durch Fäkalien. Der Mensch scheidet täglich einige Gramm Phosphor aus. Über die Waschmittel gelangten noch vor einigen Jahren riesige Phosphatmengen über das Abwasser in das Oberflächenwasser. Andererseits zählen Phosphate zu den wichtigen Nährsalzen der Pflanzen. In Gewässern sind sie vielfach Minimumnährsalz, das heißt das Wachstum der Pflanzen wird durch die jeweilige Phosphatkonzentration begrenzt. Das Phosphat (PO43-), das Hydrogenphosphat (HPO42-) und Dihydrogenphosphat (H2PO4-) bilden in wässrigen Lösungen einen pH-Puffer. Daher kommt es bei der Anwesenheit dieser Salze im Wasser nur zu einer geringen pH-Wert Änderung bei Einleiten von Säuren oder Laugen.
Unter oxidierenden (Sauerstoff ist vorhanden) Bedingungen reagiert Phosphat im Wasser mit Eisen zu schwerlöslichem Eisen-III-phosphat, welches ausfällt und sich im Bodensediment anreichert. Dagegen entsteht unter reduzierenden (Sauerstoffmangel) Bedingungen aus Phosphat und Eisen das wasserlösliche Eisen-II-phosphat, das in Lösung geht und somit das Phosphat pflanzenverfügbar macht und zu überhöhtem Algenwachstum beitragen kann. Bleibt der Sauerstoffmangel über eine längere Zeit im Gewässer, kommt es unweigerlich zu einem Umkippen des Gewässers.

Das Trinkwasser enthält eine Vielzahl an Anionen und Kationen natürlichen Ursprungs, die durch physikalische und chemische Verwitterung von Mineralien in Gesteinen, im Boden und in Sedimenten ausgewaschen werden. Hydrogencarbonat (HCO3-) oder auch Bicarbonat genannt ist das wichtigste Anion in natürlichen Gewässern. Letztendlich aus atmosphärischem Kohlendioxid entstanden, stellt es einen quantitativen Index der Menge an Mineralauflösung dar, die in einem natürlichen Gewässersystem stattgefunden hat. Heute werden mehr und mehr Gewässer mit Verunreinigungen, wie Nitrat aus landwirtschaftlichen Düngemitteln, tierischem Dung und Schädlingsbekämpfungsmitteln, verschmutzt. Die Verwitterung der Primärmineralien verbraucht Wasserstoffionen und Kohlendioxid und bringt lösliche Salze hervor. Dieser Prozess reguliert den pH-Wert und die chemische Zusammensetzung von natürlichen Gewässern. Das Hinzufügen von starken Säuren (aus saurem Regen, entstanden durch anthropogene (menschlichen Ursprungs) atmosphärische Emissionen von Schwefel- und Stickoxiden) kann jedoch den pH-Wert senken und die Freisetzung von einer Vielzahl von seltenen Metallen aus dem Gestein im Wasser erhöhen und daher zahlreichen Organismen verfügbar machen. Aluminium ist in schlecht gepufferten Wasserräumen von Kristallingestein von besonderer Bedeutung, weil ein geringes Absinken des pH-Wertes nicht nur die Löslichkeit von Aluminium erhöht, sondern die Bildung von potentiell toxischen anorganischen Verbindungen fördert.
 


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