In Kürze:
- Zahlreiche Böden sind durch Schwermetalle belastet, auch in Deutschland. Teils stammen sie aus der Natur, teils vom Menschen.
- Einige Stoffe wie Eisen und Kupfer sind in geringen Mengen für unsere Gesundheit wichtig. Andere, wie Arsen oder Cadmium, sind schon in kleinen Mengen schädlich.
- Im Regelfall werden die Gesamtkonzentrationen gemessen, doch nicht alles, was im Boden ist, kann freigesetzt werden.
- Teure Sanierungen, etwa durch Bodenaustausch, könnten durch Beachtung der sogenannten Bioverfügbarkeit reduziert werden.
- Im Garten kann die Auswahl der richtigen Obst- und Gemüsesorten die Belastung für den Menschen senken.
In vielen Köpfen hat sich festgesetzt: Schwermetalle sind böse und müssen weg. Boden wird ausgetauscht und als Sondermüll deklariert. Es wird teuer saniert, was mit Cadmium oder Blei, Kobalt oder Arsen, Kupfer oder Zink belastet sind. Dabei sind Kupfer und Zink sogar in geringen Mengen lebenswichtig für den menschlichen Körper. Kobalt auch.
Die Frage, die gestellt werden muss, ist daher: Wie viel Metall ist „zu viel“? Denn entscheidend ist nicht nur die bloße Masse der Metalle, sondern ihre biologische Verfügbarkeit.
Zu diesem Ergebnis kam der Professor Willie Peijnenburg von der Universität Leiden und dem Nationalen Institut für öffentliche Gesundheit und Umwelt in den Niederlanden. Er sagte:
„Metallverschmutzung im Boden ist ein echtes globales Problem, aber Entscheidungen über Lebensmittelsicherheit, Aufräumarbeiten und Wiederverwendung von Land müssen auf dem Teil der Metalle basieren, den Organismen wirklich aufnehmen können, nicht nur auf den Zahlen in den Schlagzeilen.“
Im Boden würden Schwermetalle oft in großen Mengen gemessen. Deutschland ist hier keine Ausnahme. Doch das Risiko, das Menschen, die Umwelt und Feldfrüchte dadurch tatsächlich haben, werde oft überschätzt, so der Chemiker und Umwelttoxikologe.
Bodenchemie rückt ins Zentrum
An vielen Orten gebe es hohe Belastungswerte, so Peijnenburg. Jedoch sei die biologische Gefahr gering, da die Metalle fest an Bodenpartikel gebunden seien, auf die Organismen nicht leicht zugreifen können. Teilweise seien sie auch in mineralischen Formen eingeschlossen.
An anderen Orten könnten hingegen bereits geringe Schwermetallbelastungen zum Thema werden, wenn die Bodenchemie Metalle mobil macht und diese leicht von Nutzpflanzen oder Bodenlebewesen aufgenommen werden.
Das Risiko hängt stark vom pH-Wert des Bodens, seiner mineralischen Zusammensetzung, organischen Substanzen, den Sauerstoffbedingungen und der Aktivität der Mikroorganismen ab. Dabei agieren Humusböden anders als Sand-, Ton- oder Lehmboden.
Der Forscher durchforstete die Fachliteratur zu zahlreichen chemischen und biologischen Methoden, um diese komplexe Chemie in praktikable Daten zu verwandeln. Anhand der Ergebnisse früherer Pflanzenwachstumstests, Regenwürmern, mikrobiellen und auch Enzymaktivitätsmessungen ordnete er ein, welche Bodenmetalle tatsächlich aufgenommen werden.
Was sind Schwermetalle?
Chemisch gesehen sind Schwermetalle Stoffe mit relativ hoher Dichte, von, in der Regel, über 5 Gramm pro Kubikzentimeter. Eine einheitliche Definition gibt es nicht. Im Zusammenhang mit Medizin und Umwelt sind hingegen oft Metalle gemeint, die in höheren Mengen gesundheitsschädlich oder belastend sein können.
Im Allgemeinen werden Blei, Cadmium, Chrom, Kobalt, Kupfer, Nickel, Quecksilber, Zink sowie Arsen als Schwermetalle betrachtet. Chemisch gesehen ist Arsen ein Halbmetall, wird aber oft im gleichen Atemzug mit Schwermetallen genannt. Auch Gold, Eisen, Uran und Bismut werden hinzugezählt.
Forscher vieler Nationen und Institute beschäftigen sich mit diesen Themen, darunter die Weltgesundheitsorganisation (WHO) mit den gesundheitlichen Wirkungen, die Giftstoffagentur der US-amerikanischen Gesundheitsbehörde mit den toxikologischen Profilen, die Internationale Krebsforschungsagentur der WHO mit der Krebsrisikoeinstufung, die Europäische Behörde für Lebensmittelsicherheit in Bezug auf Ernährung und zulässige Grenzwerte sowie die US-Umweltbehörde mit der industriellen Nutzung und der Exposition.
Nicht alle Schwermetalle sind dabei grundsätzlich schädlich, einige sind sogar essenziell für den Menschen: Eisen, Zink, Kupfer, Mangan und Kobalt werden in kleinen Mengen vom menschlichen Körper benötigt. Problematischer sind Blei, Quecksilber und Cadmium, die bereits in geringen Mengen als gesundheitlich bedenklich gelten.
Intelligente Sanierung soll Kosten sparen
Peijnenburg kam zu dem Fazit, dass die Konzentration auf die Bioverfügbarkeit zu intelligenterer Sanierung führen kann. Er sieht die Vorteile auch in realistischeren Bodenstandards, einem besseren Schutz der Ernährungssicherheit und der Gesundheit des Ökosystems.
Er plädiert für den Einsatz von Bioverfügbarkeitstests, um unnötigen Bodenaushub bei Projekten zur städtischen Flächenentwicklung zu vermeiden. Ein von ihm erstellter Entscheidungsbaum soll Praktikern und Politikern die künftigen Risikobewertungen erleichtern.
„Ziel war es, jahrzehntelange Forschung in eine praktische Toolbox zu übersetzen, die Wissenschaftler, Berater und Regulierungsbehörden tatsächlich in diesem Bereich anwenden können“, sagt er.
Blei auf Salat, Arsen im Reis
Welche Auswirkungen sind bekannt? Cadmium ist im Boden relativ mobil, in sauren Böden stärker löslich und für Pflanzen verfügbar. Blei wird hingegen nur sehr gering von Pflanzenwurzeln aufgenommen. Das Problem von bleibelasteten Nahrungsmitteln ist oft eher ein Staubproblem und damit ein Luftproblem. So können etwa Blattsalate durch Staub höher mit Blei belastet sein. Das hat auch historische Gründe.
In Deutschland wurde verbleites Benzin 1988 und bleihaltiges Superbenzin 1996 verboten, in der EU kam das endgültige Verbot im Jahr 2000. Seither hat sich die Belastung vor allem für städtische Kleingärtner verringert.
Kupfer bindet sich seinerseits stark an Humus, ist dann aber nur gering mobil. Von Pflanzen wird Kupfer nur geringfügig aufgenommen, allerdings schädigt es in hohen Mengen Bodenmikroorganismen und Regenwürmer. Blei und Kupfer werden überwiegend im Oberboden fest gebunden und verbleiben dort über eine lange Zeit, teils Jahrzehnte.
Gefährlich bleibt Arsen, das sich einerseits an Eisenoxide bindet und andererseits bei Sauerstoffmangel aktiver werden kann. Es ist stark abhängig von Redoxbedingungen, Phosphat und dem Wasserstand. Das Problem ist besonders im Reisanbau bekannt, wo Felder längere Zeit unter Wasser stehen. Dort kann es von Pflanzen aufgenommen werden oder auch ins Grundwasser gelangen.
Drei konkrete Beispiele: Cadmium, Blei, Arsen
Was tun, wenn man einen Garten hat? Ein Blick auf drei belastende Schwermetalle.
Cadmium als Lebensmittelproblem
Cadmium nehmen Menschen am häufigsten über Tabakrauch auf. Es ist aber auch in Farben und Akkus enthalten. Es wird nur sehr langsam ausgeschieden und reichert sich im Körper an. Es schädigt Nieren und führt langfristig zur Entkalkung von Knochen (Osteoporose, Knochenbrüche).
Prinzipiell können fast alle Pflanzen Cadmium aufnehmen. Viele Pflanzen „halten“ das Cadmium jedoch in den Wurzeln fest und transportieren es nur begrenzt in die Früchte. Eine der Pflanzen, die am stärksten Cadmium aufnimmt, ist Tabak. Es folgen Blattgemüse wie Salat oder Spinat, Kohlarten, Sellerie – und auch Sonnenblumen. Bei Getreide und Obst sind die Cadmiumgehalte meist sehr niedrig.
Obwohl die Bioverfügbarkeit von Cadmium in sauren Böden höher ist, sind so auch Kulturheidelbeeren kaum betroffen. Die Beeren enthalten in der Regel nur geringe Mengen. In den Blättern ist mehr zu finden.
Tipp für den Garten: Höhere Cadmiumwerte im Boden können durch Untersuchungen von Bodenproben in einem Umwelt- oder Landwirtschaftslabor festgestellt werden. Wenn gegeben, lohnt es sich, am Boden-pH-Wert anzusetzen. Ein pH-Wert im neutralen Bereich von etwa 6,5 bis 7 und eine passende Bepflanzung können das gesundheitliche Risiko reduzieren.
Blei – mögliche Altlast in Stadtgärten
Blei, das in alten Wasserleitungen vorkommt, in Batterien, Farben und auch Munition, ist giftig für das Nervensystem und das Gehirn. Es kann bei Kindern zu Entwicklungsschäden im Gehirn führen.
Humus und Tonminerale binden Blei sehr gut, das bedeutet aber nicht, dass Kompost grundsätzlich Blei enthält. Nur dann, wenn das Ausgangsmaterial belastet war – durch Straßenstaub, Industrie oder belastete Pflanzenreste –, kann auch der Kompost erhöhte Bleigehalte haben.
Pflanzen können geringe Mengen Blei aufnehmen, allerdings wird es stark in der Wurzel zurückgehalten und nur schlecht über das Leitgewebe der Pflanze transportiert. Höhere Gehalte finden sich in Salaten und Kräutern, hier jedoch vor allem aufgrund Staubbelastung über die Luft, mittlere in Möhren, Rote Bete oder Sellerie, sehr geringe in Früchten wie Äpfeln, Birnen, Tomaten oder Gurken.
Tipp für den Garten: In älteren innerstädtischen Gärten oder in der Nähe ehemaliger Industrieanlagen gibt es häufig noch erhöhte Bleigehalte. Sie stammen aus den 1950er- bis 1980er-Jahren. Der Gemüseanbau ist hier nur bedingt empfehlenswert, ein Obstgarten ist weniger empfindlich.
Arsen und das Sauerstoffproblem
Arsen kommt natürlich in manchen Gesteinen sowie im Grundwasser vor und ist sehr giftig. Zu Arsenvergiftungen kommt es eher in der Industrie oder bei der Verarbeitung von Erzen. Es kann auch in historischen Holzschutzmitteln vorkommen.
Arsen reagiert stark auf Sauerstoffverhältnisse und damit anders als andere Schwermetalle. Es bindet sich zeitweise vor allem an Eisen- und Aluminiumoxide. Mobiler wird es, wenn ein Boden längere Zeit überflutet ist. Dann werden Eisenoxide chemisch reduziert und das gebundene Eisen wird frei. Daher spielt Arsen in Reisfeldern eine besondere Rolle. Auch bei starker Düngung mit Phosphor kann Arsen verdrängt werden, dann steigt ebenfalls die Konzentration im Boden.
Pflanzen wie Kartoffeln, Weizen, Mais oder Obst nehmen meist deutlich weniger auf. In Früchte gelangt Arsen nur selten. Im Boden hemmt Arsen Enzyme und Bakterien, Pilze und Regenwürmer.
Tipp für den Garten: Auf dauerhaft feuchten Böden baut sich schlecht Gemüse und Obst an. Wer damit zu kämpfen hat, könnte mit Hochbeeten und anderer Erde arbeiten oder überlegen, ob er den Boden trockenlegen kann.