METALLIT – yhteiskunnassa ja ympäristössä metall_fi_10_061221_abo.indd 1 06-12-21 11.29.29 Metallit: – luonnollinen osa elämää. Metallit ovat osa arkipäiväämme. Ihminen on käyttänyt metalleja aina pronssikaudesta lähtien niiden vahvuuden ja kestävyyden vuoksi. Kuvat Luckylookista, IBL:stä ja Jernkontoretista. Taitto: Kreab, 2006. Paino: Alfa Print. metall_fi_10_061221_abo.indd 2 06-12-21 11.29.36 Ovatko METALLIT hyödyllisiä? Runsaasta 100 tunnetusta alkuaineesta 80 on metalleja. Tavallisimmista alkuaineista kaksi, rauta ja alumiini, on metalleja. Metalleja esiintyy kaikkialla luonnossa suurina määrinä. Jotkut metallit ovat elintärkeitä Monet metallit, kuten rauta, sinkki, kupari ja kromi, ovat elintärkeitä elollisille eliöille. Kaikkien elintärkeiden aineiden, ei vain metallien, kohdalla pätee sanonta ”kohtuus kaikessa”. Jos ihmiset tai eliöt saavat liian vähän jotakin ainetta, seurauksena voi olla puutostauteja. Jopa hyödyllisten aineiden yliannostus voi aiheuttaa myrkytyksen. Ihmiset, eläimet ja kasvit ovat miljoonien vuosien aikana kehittäneet järjestelmiä, joiden avulla ne voivat jossakin määrin itse säädellä hyödyllisten metallien sisäänottoa ja hajoamista. Joillekin tavallisille metalleille, kuten alumiinille, tinalle ja lyijylle, tutkijat eivät ole löytäneet biologisesti tärkeää roolia. Näitä metalleja käytetään sen sijaan tuotteissa ja rakenteissa. Viime vuosien aikana on vähennetty voimakkaasti tiettyjen sellaisten metallien käyttöä, jotka vaarallisimmissa muodoissaan voivat aiheuttaa sekä terveys- että ympäristöhaittoja. Hyvä esimerkki tästä on lyijy bensiinin lisäaineena. Suomessa ja Ruotsissa ei voi enää ostaa lyijyllistä bensiiniä. Uudella tiedolla parempia päätöksiä Jotta voimme tehdä yhteiskunnan, terveyden ja ympäristön kannalta vii- saita päätöksiä, tarvitaan tietoa. Uusi tutkimustyö luo koko ajan parempia edellytyksiä päätöksenteolle. Tutkijat ovat viime vuosina kehittäneet esimerkiksi menetelmiä, joissa otetaan huomioon se, että metalleja esiintyy luonnossa monessa eri muodossa, joista vain osa on haitallisia. Aiemmin ympäristövaikutukset arvioitiin useimmiten vedessä, sedimentissä ja maaperässä esiintyvien metallien kokonaispitoisuuksien perusteella. Nykyään tiedetään, että kokonaispitoisuudet antavat tietoa rajoitetusti. Hyödyn ja riskin arviointi Lyijyä ei enää käytetä bensiinin lisäaineena, mutta autojen akuissa on edelleen lyijyä. Lyijyakuille ei ole hyviä vaihtoehtoja, ja toisaalta tällaisen lyijynkäytön aiheuttamat riskit ovat pieniä. Kaikki tietävät, että bensiini on sekä tulenarka että myrkyllinen kemikaaliseos. Silti on luvallista ajaa autoa täydellä bensiinisäiliöllä. Nykyaikainen yhteiskunta on riippuvainen bensiinistä, ja bensiinin käsittelyyn liittyviä riskejä pidetään hyväksyttävinä. Nämä esimerkit osoittavat sen, että eri aineiden käyttöä arvioitaessa on otettava huomioon monia eri seikkoja, muun muassa hyöty, mahdolliset vaihtoehdot, aineen ominaisuudet sekä käsittelytavat. metall_fi_10_061221_abo.indd 3 06-12-21 11.29.41 METALLIT arkipäivässämme Metallit ovat luonnollinen osa elämäämme. Metalleja on monissa joka päivä käyttämissämme tuotteissa ja sovelluksissa. Kohtaamme arkipäivässä monia eri metalleja monissa eri muodoissa. Sähköllä toimivassa herätyskellossa ja sähköhammasharjassa on kuparia, kahvinkeittimessä on todennäköisesti alumiini-rautavastuksia, tiskipöytä on useimmiten ruostumatonta terästä ja vesijohdot ovat todennäköisimmin kuparia. Elintarvikepakkauksissa käytetään usein metallifoliota, joka ei aiheuta haju- tai makuhaittoja. Pakastimessa on alumiiniset hyllyt ja pakastimen kompressorissa kuparia. Kun lähdemme kotoa, näemme paljon maalattuja peltikattoja, joiden korroosionkestoa on usein parannettu sinkillä. Linja-autopysäkillä itse katos on usein alumiinia ja lasia, kun taas VUOSI 2500 eKr Rautaa sulatettiin Egyptissä jo faaraoiden aikaan. Kuparin ja pronssin käyttö alkoi jo joitakin tuhansia vuosia aiemmin. kadunpuoleinen suojakaide on tehty sinkitystä teräsputkesta. Arkipäivän metalleja voi luetella lähes loputtomasti. Metalleja ei ole kuitenkaan pelkästään useimmissa meitä ympäröivissä käyttöesineissä. Metalleja tarvitaan useimmissa muissakin materiaaleissa ja tuotteissa, joita käytämme. Ilman terästä meillä ei olisi nykyaikaisia lääkkeitä eikä sanomalehtiä. Silmälasit ja CD-levyt prässätään teräksen avulla, maito jäähdytetään teräsastioissa ja niin edelleen. Metalleja käytetään eri rakenteissa usein siksi, että ne ovat kestäviä ja käyttöajaltaan pitkäikäisiä. Joissakin sovelluksissa metalleja käytetään siksi, että ne johtavat lämpöä ja virtaa tehokkaasti. Monissa tapauksissa metalleja korvaavia vaihtoehtoja ei ole olemassa. Hyvä materiaali nyt ja tulevaisuudessa Koska metalleja on käytetty pitkään, nykyään on paljon tietoa metallien käyttötavoista ja siitä, kuinka metallit voidaan räätälöidä optimaalisiksi. Nykyaikaiset metalliseokset ovat kevyitä ja vahvoja. Tämän osaamisen ansiosta luonnonvaroja voidaan säästää, koska pienempi määrä materiaaleja riittää halutun lopputuloksen saavuttamiseen, ja niistä saadaan irti aiempaa suurempi hyöty. Uusista kestävis- 100 eKr 1200-luku Metallit ovat kestäviä materiaaleja. Kolikoita, työkaluja, koruja ja aseita on säilynyt tuhansien vuosien takaa. Stora Kopparbergs Bergslagin eli maailman vanhimman osakeyhtiön osakekirja. Falunin kuparikaivos toimi runsaan tuhannen vuoden ajan ennen kuin se lakkautettiin 1992. metall_fi_10_061221_abo.indd 4 06-12-21 11.29.46 Tuotanto Aina kierrätettävissä R O MU tä seoksista saadaan rakenteita, jotka ovat kevyempiä, mutta silti lujempia ja paremmin kulutusta kestäviä. Kierrätys Metallit ovat aina kierrätyskelpoisia. Ne voidaan sulattaa, jolloin niistä tulee raaka-ainetta tai puolivalmisteita uusia tuotteita varten. Koska metalliromulla on kaupallista arvoa, kierrätysaste on korkea. Metallien PU OLITU TE O ARAAK AINE Käyttö TUOTE Kun kerätty materiaali on lajiteltu kierrätyslaitoksella, eri materiaalilajit voidaan myös erotella. Magneettinen teräsromu erotellaan suurilla magneeteilla. Metalliromu voidaan kierrättää, vaikka se koostuisi eri seosmetalleista tai olisi pinnoitettu toisella metallilla, maalilla tai muovilla. Kierrätettyinäkin metallit säilyttävät alkuperäiset ominaisuutensa. Teräs on maailman kierrätetyin materiaali. Noin 40 prosenttia uustuotannosta perustuu kierrätettyyn metalli romuun.Teräsrakenteiden käyttöikä on usein hyvin pitkä – monia vanhoja terässiltoja voidan käyttää vielä kauan. Koska metalliromusta on pulaa, teräksen kysynnän tyydyttäminen vaatii myös uutta rautamalmia. Sama pätee moniin muihinkin metalleihin, joiden käyttöikä on pitkä. 1800-luku 1900-luku 2000-luku Metallien käyttö lisääntyi, kun maailma teollistui 1700- ja 1800-luvuilla. Metallien tarjonta lisääntyi menetelmien kehittyessä. Metalleista rakennettiin esimerkiksi rautateitä ja uudenlaisia siltoja. 1900-luku oli sähköistymisen aikakautta. Sähkön tuotanto ja sen käyttö moottoreissa, radioissa, televisioissa, tietokoneissa, matkapuhelimissa ynnä muissa perustui metallien, lähinnä kuparin, erinomaiseen sähkönjohtokykyyn. Myöhemmin uudet metallit ja metalliseokset ovat edistäneet kehitystä esimerkiksi lääketieteessä ja tietotekniikassa – hammasimplanteista aina mikrosiruihin asti. Metallit ovat välttämättömiä monissa korkean teknologian tuotteissa, kuten yllä olevassa keinonivelessä. Korkealujuuksinen teräs tekee autoista turvallisempia ja kevyempiä. Metalleja käytetään myös muotoilussa ja koristelussa. Jatkokäyttö metall_fi_10_061221_abo.indd 5 06-12-21 11.29.50 Mitä ovat METALLIT? Metallit ovat alkuaineita, joita on peruskalliossa, maaperässä ja vedessä. Runsaasta 100 tunnetusta alkuaineesta 80 on metalleja ja lisäksi kuusi niin kutsuttuja puolimetalleja. Luonto vapauttaa suuria metallimääriä esimerkiksi tuliperäisen toiminnan ja eroosion kautta. Ruostumaton teräs on seosmetalli, jossa rautaan on lisätty muun muassa kromia ja nikkeliä. Pronssi sisältää kuparia ja tinaa eli on myös seos metalli. M Kulta, rauta, kupari, lyijy ja hopea on tunnettu jo tuhansien vuosien ajan. Viime vuosisatoina on löydetty myös muita metalleja. Alumiini ja rauta kuuluvat maankuoren neljän tavallisimman aineen joukkoon. Kulta, hopea ja platina sen sijaan ovat erittäin harvinaisia. Harvinaisuutensa ja ainutlaatuisten ominaisuuksiensa vuoksi ne ovat hyvin haluttuja ja arvokkaita metalleja. Peruskallion metallimäärä vaihtelee huomattavasti Tiesitkö, että... ... raskasmetallin määritelmä ei liity mitenkään vaarallisuuteen tai ympäristöominaisuuksiin? Kyse on metallista, jolla on suuri ominaispaino eli tiheys (>4,5 g/cm³). Tästä syystä useimmat metallit ovat raskaita. Peruskallion luontainen metallimäärä vaihtelee huomattavasti. Useimmissa paikoissa pitoisuudet ovat erittäin pieniä, mutta toisissa niin suuria, että metallin hyödyntäminen on teknisesti ja taloudellisesti mahdollista. Kun peruskalliossa on runsaasti metalleja, myös yläpuolisten maakerrosten metallipitoisuus on kohonnut. Nämä luontaiset vaihtelut aiheuttavat erilaisia pitoisuuksia myös kasveissa. Myös merivedessä on vapaata metallia, mutta pitoisuudet ovat pieniä. Kun metalli sekoitetaan toisten metallien tai muiden aineiden kanssa, muodostuu seosmetalli, jonka ominaisuudet eroavat puhtaasta metallista. Metallin eri muodot Metalleja on monissa eri muodoissa sekä luonnossa että tuotteissa. Sana metalli vie ajatuksen sen puhtaaseen kiinteään olomuotoon, mutta metallin hyödyntäminen on teknisesti mahdollista ja taloudellisesti kannattavaa. Kaikki materiaalit, myös kestävinä pidetyt, ovat ympäröivien aineiden vaikutuksen alaisia – tavallisimmin ilman hapen ja kosteuden. Rauta ruostuu ja kupari patinoituu vihreäksi. Ilmiötä kutsutaan myös korroosioksi ja se on osa metallin luonnollista kiertokulkua, jossa metalli pyrkii koko ajan vakaimpaan olomuotoonsa eli mineraaliksi. Mineraali on kiinteä aine, joka muodostuu luonnollisten prosessien kautta. Metalleille yhteisiä ominaisuuksia – Metallinkiilto – Hyvä lämmön- ja sähkönjohtokyky – Joustavuus ja muokattavuus metall_fi_10_061221_abo.indd 6 06-12-21 11.29.55 Pinatubos-tulivuoren purkautuessa Filippiineillä vuonna 1991 kahdessa vuorokaudessa vapautui: • • • • • • • • • • 10 miljardia tonnia magmaa 20 miljoonaa tonnia rikkidioksidia 2 miljoonaa tonnia sinkkiä Miljoona tonnia kuparia 550 000 tonnia kromia 300 000 tonnia nikkeliä 100 000 tonnia lyijyä 10 000 tonnia arseenia 5 500 tonnia kadmiumia 800 tonnia elohopeaa Metallien luonnollinen kiertokulku Lähde: Sveriges Geologiska Undersökning (SGU). Metallipitoisia mineraaleja (malmeja) louhitaan maanalaisista kaivoksista ja avolouhoksista. Malmit jalostetaan metalleiksi, joita käytetään eri tuotteissa ja sovelluksissa. Monissa käyttökohteissa metalli kuluu hankautumalla ja/tai syöpyy, jolloin metallia vapautuu. Vapautuva metalli sitoutuu suhteellisen nopeasti maaperään tai vesistöjen sedimenttiin, jossa tapahtuu mineralisaatiota. Pääosa käytetystä metallista voidaan kuitenkin kerätä talteen ja kierrättää. Metalleja esiintyy luonnossa mineraaleina. Metallit eivät hajoa ja ne pyrkivät palautumaan alkuperäiseen mineraaliolomuotoonsa. Mineraali Ainutlaatuinen prosessi Mineralisaatio Metallien tuotanto Korroosio ja hankautumiskuluminen Kierrätys Metalleja saadaan kaivoksista ja avolouhoksista. Metalli Metallit palautuvat luontoon ruostumalla ja hankautumiskulumalla. Metalleja käytetään puhtaassa muodossa tai metalliseoksina monissa käyttöesineissä. metall_fi_10_061221_abo.indd 7 06-12-21 11.29.59 METALLIT – elinehto Keho tarvitsee rautaa esimerkiksi punaisten verisolujen tuottamiseen. Raudan tärkeys verenmuodostuksessa on tunnettu jo hyvin pitkään. Vasta 1900-luvulla saatiin todistettua sinkin merkitys kehon proteiineille. Vertailun vuoksi voidaan todeta, että ihmisen veressä on 2 000 kertaa enemmän sinkkiä kuin esimerkiksi Ruotsin vesistöissä. Kuparin elintärkeys todettiin jo 1920-luvun lopulla, mutta vasta viime vuosina on saatu varmuus siitä, että kuparilla todellakin on avainrooli kehon biologisissa toiminnoissa. Organismi säätelee tasoa Elintärkeiden aineiden pitoisuuksilla on optimaalinen, sopiva taso, jota keho säätelee aineenvaihdunnan kautta. Useimpien aineiden, myös metallien, kohdalla liian suurilla pitoisuuksilla voi olla suoranaisia haittavaikutuksia terveyden ja ympäristön kannalta. Riskiarviointien avulla näitä vaikutuksia voidaan arvioida ja hallita. Eläimillä ja kasveilla on kyky säädellä metalliaineenvaihduntaa. Ihmisen keho koostuu pääasiassa vedystä, hapesta, hiilestä ja typestä sekä lähinnä luustossa olevasta kalsiumista. Kuparin, raudan ja sinkin tapaisia alkuaineita on myös ihmisen kehossa. Vaikka niiden määrä onkin pieni, ne ovat välttämättömiä kaikelle biologi selle elämälle eli elollisille eliöille. Kun laaditaan suosituksia tai rajaa rvoja ympäristöä tai terveyttä silmällä pitäen, elintärkeiden aineiden kohdalla on otettava huomioon sekä myrkytysettä puutostilavaara. Maailman terveys järjestö (WHO) on esimerkiksi kuparin osalta tullut siihen johtopäätökseen, että kuparinpuutos on maailmanlaajuisesti nähtynä suhteellisen tavallinen ongelma, mutta kuparimyrkytystapauksia ei juuri löydy. WHO ilmoittaa myös, että kehitysmaissa sinkin puute on viidenneksi yleisin syy terveysongelmiin. metall_fi_10_061221_abo.indd 8 06-12-21 11.30.02 Monta näkökulmaa oikeaan riskianalyysiin Jotta metallien käytöstä voidaan tehdä riskianalyysi, on oltava luotettavia tietoja metallien määristä ja kiertokulusta yhteiskunnassa ja luonnossa. Lisäksi tarvitaan tietoja metallien ominaisuuksista, käyttäytymisestä ja vaikutuksista ympäristössä. Ei riitä, että vain tutkitaan metallien määrää tai pitoisuuksia. MAGNESIUMIA tarvitaan luuston kehittymiseen, hermoston ja lihasten toimintaan sekä solujen oikean toiminnan takaamiseen. KALSIUMIA tarvitaan lihasten ja hermojen toimintaan, luuytimeen ja hampaisiin sekä veren hyytymiseen. KUUSI Yleistä metallia, jotka ovat välttämättömiä ihmi selle. Esimerkiksi rautaa ja sinkkiä on kehossa grammoittain, mutta useimpia metalleja vain milligrammoja. Perussääntönä voidaan pitää, että elintärkeitä metalleja esiintyy luonnossa suhteellisen runsaina pitoisuuksina. KUPARIA tarvitaan lasten kasvuun ja aivojen kehitykseen. Sydän ja verenkierto tarvitsevat myös kuparia. Kuparia tarvitaan, jotta rauta voi kuljettaa happea. Kupari on antioksidantti, ja sillä on tärkeä rooli immuunivasteen sekä luuston vahvuuden ja elastisuuden kannalta. KROMILLA on vaikutusta verensokerin säätelyyn. RAUTAA tarvitaan hapen kuljettamiseen keuhkoista kehon kaikkiin kudoksiin. Rautaa tarvitaan hemoglobiinissa ja myoglobiinissa, joita on veressä ja lihaskudoksissa. SINKKI on tärkeä aine monien entsyymien toiminnan kannalta. Sinkillä on suuri merkitys esimerkiksi hiilidioksidin kuljettamisessa kudoksista keuhkoihin ja proteiinien tuotannossa. Sinkki toimii myös insuliinihormonin kanssa, joka säätelee kehon hiilihydraattiaineenvaihduntaa. metall_fi_10_061221_abo.indd 9 06-12-21 11.30.03 Tukholman ilmanlaatu on parantunut merkittävästi viimeisten 20 vuoden aikana. Tämä puolestaan on aiheuttanut sen, että kattopinnoista irtautuvan metallin määrä on vähentynyt. METALLIEN KIERTOKULKU yhteiskunnasta ympäristöön Metalleilla on luonnollinen roolinsa nykypäivän yhteiskunnassa, ja niiden käyttö on lisääntynyt vuosi vuodelta. Tutkijat tietävät, että tänä päivänä pääosalla käytettävistä metallituotteista on hyvin vähäinen ympäristövaikutus. Tuotteista siirtyy kuitenkin yhä jonkin verran metalleja ympäristöön. Tästä syystä on tärkeää tietää, onko tällaisella metallien leviämisellä haitallisia seurauksia terveydelle tai ympäristölle. Materiaalivirta-analyysi on tekniikka, jonka avulla voidaan mitata, aiheuttaako metallien käyttö ei-toivottua metallien leviämistä ympäristöön. Tutkimalla metallin koko elinkaarta valmistuksesta käyttöön voidaan selvittää metallien leviämisen mahdolliset riskit. Tällä tavoin voidaan arvioida myös metallien käytön ympäristövaikutukset. Materiaalivirta analyysejä voidaan laatia rajatuille alueille, maakohtaisesti tai kokonai sille mantereille. Välikätenä luonto ja ihminen Luonnolla itsellään on merkittävä rooli metallien kiertokulussa. Maailmanlaajuisesti tarkasteltuna metallien vapautuminen luonnosta, esimerkiksi tuliperäisen toiminnan ja eroosion vaikutuksesta, on huomattavasti suurempaa kuin se, mitä ihminen aiheuttaa. Normaalikokoinen ruotsalainen joki kuljettaa joka vuosi mereen yli kymmenen tonnia peruskalliosta luontaisesti vapautuvia metalleja. Tukholman tyyppisessä suurkaupungissa metalli- 10 metall_fi_10_061221_abo.indd 10 06-12-21 11.30.06 en leviämisen aiheuttavat pääasiassa liikenne (jarrupalat, renkaat, tiepinnoitteet, rautatiekiskot ja virtajohdot), rakennukset (vesijohdot ja katot) sekä erilaiset galvanoidut rakenteet. Leviäminen Tukholman katoilta Paljon on tutkittu esimerkiksi sitä, kuinka paljon metallia vapautuu ulkokatoista ja kuinka tämä vaikuttaa ympäristöön. Tukholman kuninkaallisessa teknisessä korkeakoulussa (KTH) on tutkittu vuodesta 1995 lähtien todellisissa olosuhteissa sinkkiä, kuparia ja ruostumatonta terästä kattomateriaaleina. Sateella kattopinnoilta vapautuu korroosion vaikutuksesta erilaisia aineita. Vapautuvan metallin määrään vaikuttaa moni eri seikka, esimerkiksi ilmansaasteiden määrä, sateen kemiallinen koostumus ja pH-arvo, sateen kesto ja voimakkuus ja niin edellen. Kattopinnalta poistuva ja edelleen putkistojen ja sadevesiviemäristön kautta kulkeutuva vesi sisältää metalleja eri muodoissa, esimerkiksi partikkeleihin sitoutuneina metalli-ioneina tai -yhdisteinä. Metalli-ionit pyrkivät sitoutumaan muihin materiaaleihin Katoilta valuvissa vesissä kupari ja sinkki esiintyvät pääasiassa v apaina ioneina. KTH:n tutkijat ovat kuitenkin havainneet tutkimuksissaan, että vesien suodattuessa maan läpi tai niiden oltua kosketuksessa betonin tai kalkkikiven kanssa, veden kokonaismetallisisältö laskee 96 – 99,8 prosenttia. Suurin osa metallista sitoutuu hyvin aikaisessa vaiheessa ollessaan kosketuksessa maaperän kanssa, ja veteen jäljelle jäävien metallien biosaatavuus laskee alhaiseksi. Metalleja on aina käytetty ympäristön koristeluun. 11 metall_fi_10_061221_abo.indd 11 06-12-21 11.30.10 VAIKUTUKSESSA on kyse määrästä ja muodosta Ihmiseen ja luontoon voi siirtyä metalleja vain, kun ne ovat biosaatavassa muodossa. Esimerkiksi rautanauloja syömällä kehoon ei voi saada hyödyllistä rautaa. Raudan on oltava osa t iettyjä kemiallissa yhdisteitä, jotta keho voi hyödyntää sen. Biosaatavuus Biosaatavuus on käsite, joka kuvaa sitä, kuinka tietty aine, esimerkiksi metalli on kasvien, eläinten ja ihmisten hyödynnettävissä. Metallin esiintymismuoto määrää metallin biosaatavuuden ja siten myös haittavaikutusten riskin. Jotta eliöt voisivat hyödyntää tarvitsemiaan metalleja, metallien on oltava biosaatavassa muodossa. Useimmilla metalleilla biosaatavuus on korkein metallien ollessa vapaiden ionien muodossa. Jos esimerkiksi sinkki esiintyy yhdisteen osana, se ei ole yhtä hyvin hyödynnettävissä kuin ollessaan sinkki-ioneina. Jotta metalli voisi esiintyä ionimuodossa, sen on voitava liueta kemiallisesti esimerkiksi veteen. Terveys Hyödyllinen annostus Jos eliö saa elintärkeää metallia liian vähän, syntyy puutostila. Liian suuri annos puolestaan voi aiheuttaa myrkytyksen. Vaarattoman ja hyödyllisen pitoisuuden väliin jää alue, joka ylläpitää organismin normaalia toimintaa. Hyödyllisen ja haitallisen raja vaihtelee eri lajien ja yksilöiden välillä. Hyödyllinen Biosaatavuuden sekä ympäristölle haitallisten metallitasojen arviointiin on olemassa erilaisia menetelmiä. Niin kutsuttu SEM/AVS-menetelmä on yksi hyödyllinen työkalu analysoitaessa pohjasedimenttien tai lietteiden pitoisuuksia. Kun pitää arvioida vaikutuksia vesiin, käytetään BLM-menetelmää. Molemmat menetelmät ovat syntyneet alalla viime aikoina tehdyn tutkimustyön tuloksena.Menetelmäkehitys on kuitenkin jatkuvaa, ja koko ajan on meneillään aiempaakin tehokkaampien analyysimenetelmien testauksia. Kuinka mahdollisia riskejä arvioidaan? Jotta voidaan tehdä realistisia arviointeja tietyn metallin biosaatavista muodoista, on otettava huomioon tutkittavan alueen erikoisolosuhteet. Huomioon otettavia seikkoja ovat esimerkiksi veden pH-arvo, veden kovuus ja maaperän pitoisuudet. Nämä vaihtelevat myös vuoden aikana. Jos mahdollista, kenttätutkimuksia on tehtävä pidemmällä aikavälillä. Lyhyen aikavälin tutkimukset tai laboratoriokokeet metallin ympäristövaikutuksista eivät useinkaan ole riittävän luotettavia. BLM:n tapaisten matemaattisten mallien avulla voidaan ennustaa metallien leviämistä ja pitoisuuksia. Tämän pohjalta voidaan tehdä riskianalyysi paikalliseen ympäristöön kohdistuvista haittavaikutuksista. Annos Haitallinen (puute) Kuinka metallien mahdollisia ympäristövaikutuksia voidaan arvioida? Haitallinen (myrkytys) 12 metall_fi_10_061221_abo.indd 12 06-12-21 11.30.10 Biosaatavuutta mitataan kokeellisesti järvenpohjasedimentistä. Metallien vaikutuksia kaloihin ja muihin vesieliöihin arvioidaan. POHJASEDIMENTIN BIOSAATAVUUDEN ARVIOINTI − ”SEM/AVS” MAHDOLLISTEN VESIELIÖIhin kohdistuvien VAIKUTUSTEN LASKENTA − ”BlM” Metallit ovat sedimentissä yleensä liukenevassa muodossa metallisulfideina, ja siksi ne eivät ole biosaatavia. Jos sedimentti käsitellään suolahapolla, monet vaikeasti liukenevista metallisulfideista voidaan saada hajoamaan. Tällöin vapautuu sekä metalleja (SEM, “Simultaneously Extracted Metals”) että sulfideja (AVS, “AcidVolatile Sulphides”). Tällöin voidaan määrittää hapossa olevien metallien ja sulfidien määrä. Hiljattain kehitetyllä BLM-menetelmällä (Bioottinen Ligand-malli) voidaan arvioida metallien, kuten kuparin, nikkelin, hopean ja sinkin, vaikutuksia vesieliöihin, kuten kaloihin, vesikirppuihin ja leviin. Kalojen kohdalla vaikutus on esimerkiksi metalli-ionien kertymistä kalan elimiin tai kudoksiin. Metallin kertymiseksi metalli-ionien on ensin irtauduttava vedestä ja sitouduttava tiettyyn paikkaan (biottiseen ligandiin) kalan elimistössä, yleensä kiduksiin. Kun metallimäärää (SEM) verrataan sulfidimäärään (AVS), voidaan muodostaa käsitys metallien biosaatavuudesta. Jos metalleja on paljon sulfidien määrään verrattuna, sedimentissä on metalleja, jotka eivät ole sitoutuneet sulfideihin. Jos metallien määrä puolestaan on pienempi kuin sulfidien määrä eli SEM/AVS-suhde on alle yhden, ovat sedimentin metallit pääasiallisesti liuenneina metallisulfideina, joten ne eivät ole biosaatavassa muodossa. Kun otetaan huomioon veden kovuus, pH-arvo, veden partikkelimäärä ja ainesosat, voidaan laskea eliöön sitoutuvan metallin määrä. Näin voidaan laskea metallien myrkyllisyysasteita eri vesistötyypeissä. Tämä malli antaa hyvin yksinkertaisen teoreettisen selityksen aiemmille käytännön kokemuksille luonnossa olevista metalleista. Kyseinen menetelmä ei ota huomioon ravinnon kautta tapahtuvaa altistumista. 13 metall_fi_10_061221_abo.indd 13 06-12-21 11.30.13 HISTORIASTA oppiminen Mistään muualta Ruotsista ei ympäristöön ole päässyt niin paljon metalleja ja happamia aineita kuin Falunin kuparikaivoksesta. Tuhannen vuoden kaivostoiminnan seurauksena ilmaan on päässyt arviolta kuusi miljoonaa tonnia rikkidioksidia ja kaiken todennäköisyyden mukaan kokonaisuudessaan puolesta miljoonasta miljoonaan tonnia kuparia, lyijyä ja sinkkiä ympäröiviin metsiin ja vesistöihin. Falunin kuparikaivoksen koko elinaikana syntyi suuria määriä kaivosjätettä ja kuonaa. Myös suuret päästömäärät aiheuttivat merkittäviä ympäristövaikutuksia. Kolme mahdollista syytä luonnon toipumiseen Falunissa • Suuri osa metalleista on sitoutunut sellaiseen muotoon, jota eliöt eivät voi hyödyntää. • Tasapainoa hyödyllisten ja ei-hyödyllisten metallien v älillä pidetään suotuisana. • Tietyt kasvit ovat onnistuneesti sopeutuneet suuriin metallipitoisuuksiin sinä aikana, jona kaivos on ollut käytössä. Tutkittaessa Falunin ympäristöä voidaan saada tärkeää oppia siitä, miten suuren mittakaavan rikkidioksidi- ja metallipäästöt voivat vaikuttaa luontoon. Falunin kuparikaivoksen ympäristössä olevat jäljet ovat vielä nykypäivänäkin selkeät. Nykypäivän kaivostoimintaa säätelevät Ruotsissa monet lait ja asetukset. Kaivostoiminnassa ja metallien valmistuksessa on otettava ympäristöseikat laajasti huomioon. Jo ennen kuin kaivos otetaan käyttöön, on oltava esimerkiksi valmiit suunnitelmat siitä, kuinka kaivos aikanaan lopetetaan. Tarvitaan kattava valvontaohjelma, jolla valvotaan päästöjä ja mahdollisia ympäristövaikutuksia. Näitä vaatimuksia noudatettiin myös Falunin kuparikaivoksen viimeisen vuosikymmenen aikana aina siihen asti, kunnes kaivos lakkautettiin 1990-luvulla. 14 metall_fi_10_061221_abo.indd 14 06-12-21 11.30.18 Falunin dramaattisista ympäristövaikutuksista huolimatta on nyt havaittavissa myönteisiä merkkejä. Näyttää siltä, että Falunia ympäröivät maa-alueet ovat laajalti pystyneet toipumaan 1900-luvun jälkipuoliskolla. Kaivosalueelle on nyt tullut takaisin alueelta lähes kokonaan hävinneitä kasvilajeja, kun päästöt ovat lakanneet. Kuinka Falunin kuparikaivosta ympäröivä luonto on pystynyt toipumaan? Syitä on ainakin kolme. Ensinnäkin suuri osa kaivosta ympäröivän alueen metalleista oli sitoutunut sellaisiin muotoihin, jotka eivät olleet biosaata- via. Toiseksi asiaa selitetään sillä, että tasapaino hyödyllisten ja ei-hyödyllisten metallien välillä näyttää olleen suotuisa. Kolmanneksi tietyt kasvit ovat todennäköisesti sopeutuneet suuriin metallipitoisuuksiin sinä aikana, kun kaivos on ollut käytössä. Falunin kuparikaivoksen ympäristön historian avulla voidaan ymmärtää paremmin, kuinka luonnolliset ekosysteemit reagoivat pitkäkestoisiin metalli- ja rikkipäästöihin ja kuinka ne toipuvat päästöjen lakattua. Tämä toimii tietolähteenä monimutkaisissa ympäristökysymyksissä. Tuhatvuotinen kaivostoiminta aiheutti sen, että kasvillisuus katosi lähes kokonaan Stora Kopparbergin kaivosalueelta. Alueen luonto on nyt alkanut hitaasti mutta varmasti toipua – viherkasvillisuus ulottuu aina Creutz Laveen asti. Kaivos itsessään on nyt historiallinen monumentti ja luetteloitu maailmanperintöluetteloon. Valokuva: Dalarnas museum 15 metall_fi_10_061221_abo.indd 15 06-12-21 11.30.22 Lisätietoja saa näistä lähteistä Kirjallisia lähteitä www.gtk.fi Geologian tutkimuslaitos Metals in Society and in the Environment Lars Landner ja Rudolf Reuther, julkaissut Kluwer Academic Publishers (2004). ISBN 1-4020-2740-0 www.mtt.fi Maa-ja elintarviketalouden tutkimuskeskus www.sttv.fi Sosiaali-ja terveydenhuollon tuotevalvontakeskus www.teknologiateollisuus.fi Metallinjalostajat Falu gruvas miljöhistoria Lennart Lindeström, julkaisija Stiftelsen Stora Kopparberget (2003). ISBN 91-63 1-3535-3 Metaller i stad och land. Luonnonsuojeluviraston raportti 5184 (2002). Zink – Resurs och/eller hot? Selvitys, L. Landner ja L. Lindeström (1996). ISBN 91-630-5117-6 www.ymparisto.fi Valtion ympäristöhallinto www.kimab.com Korroosio- ja metallitutkimuslaitos www.corrosionscience.se KTH:n korroosio-opin laitos www.kopparberget.com Falunin kuparikaivos, joka kuuluu maailmanperintökohteisiin Koppar i samhälle och miljö Selvitys kiertokulusta, määristä ja vaikutuksista Ruotsissa, L. Landner ja L. Lindeström (1998). ISBN 91-630-7087-1 2nd rev.ed. (englanninkielinen painos) 1999. ISBN 91-630-7932-1 www.copperinfo.org International Copper Association Krom, Nickel och Molybden i samhälle och miljö Faktaselvitys kiertokulusta, määristä ja vaikutuksista Ruotsissa, E. Walterson (1999). ISBN 91-630-7676-4 www.nickel-institute.org Nickel Institute Guide för legeringsmetaller och spårelement i stål Jernkontoretin tutkimus, raportti D811 (2004). www.worldsteel.org International Iron and Steel Institute Koppar och kopparlegeringar SMS Handbok 8, painos 3 (2000). SIS Förlag AB ISBN 91-7162-514-3 www.icdachromium.com International Chromium Development Association www.iza.com International Zinc Association Jernkontoret www.jernkontoret.se Nordic Galvanizers www.nordicgalvanizers.com Plast- & Kemiföretagen www.plastkemiforetagen.se metall_fi_10_061221_abo.indd 16 Scandinavian Copper Development Association, SCDA www.scda.com SveMin Ruotsin kaivosyritysten sekä mineraali- ja metallituottajien liitto www.svemin.se 06-12-21 11.30.23