Biogeokemi

De metaller som befinner sig i omlopp i naturen cirkulerar ständigt genom luft, vatten, jord och berg i vad man kallar det geokemiska kretsloppet. De flesta metallerna i detta kretslopp ingår också i växternas och djurens näringsupptag. Alla organismer, inklusive människan, påverkas således av det geokemiska kretsloppet. Avgörande för hur organismerna kan ta upp olika metaller är biotillgängligheten, dvs. hur åtkomlig en viss metall är för organismerna.

Den vetenskap som behandlar grundämnenas kretslopp i naturen, hur de tas upp av organismer samt hur man tillämpar dessa kunskaper kallas biogeokemi.

 

Genom att ta prover på och analysera innehållet i levande bäckvattenväxter, får SGU fram hur metaller och andra ämnen rör sig i det geokemiska kretsloppet. Foto: Anders Damberg 

Geologin påverkar vår livsmiljö

Berggrundens och jordlagrens mineralinnehåll har stor betydelse för olika metallers naturliga förekomst i miljön. När mineralen i berg och jord vittrar frigörs metaller som sedan – av varierande anledningar – på olika sätt kommer att cirkulera i det geokemiska kretsloppet.

Men även metaller som frigörs när människan utnyttjar och utvinner naturtillgångar tillförs det geokemiska kretsloppet. Många giftiga tungmetaller, till exempel bly, kvicksilver och kadmium har dessutom fått sina kretslopp förändrade genom att de används av människan. Likaså har försurningen radikalt förändrat kretsloppen för många metaller.

Vatten tar emot och transporterar metaller

En av de viktigaste förutsättningarna för metallers rörlighet i det geokemiska kretsloppet är att det finns vatten. Vatten transporterar metaller som lösts ut från jord och berg. Miljöfarliga metaller släpps ut från industrier direkt i vattendragen eller till luften och faller ned igen med regn eller snö. Handelsgödsel, som används både i jord- och skogsbruk, kan innehålla spårämnen och tungmetaller som med markvattnet förs till grundvattnet osv.

Vattentransporten av olika ämnen påverkas även av försurningen. Surt regn- och markvatten ökar inte bara utlakningen ur jord och berg av försurningskänsliga metaller som till exempel kadmium och zink. Är dessutom grundvattnet surt håller sig metallerna lättare i lösning och kan på så vis spridas över stora områden.

Metaller spåras med hjälp av rötter

Metaller, som av olika orsaker frigörs och tillförs miljön, kommer så småningom, via yt- och grundvattenavrinning, att nå vattendragen. Eftersom det finns bäckar i hela landet och de flesta metaller någon gång under sina kretslopp kommer att passera bäckarna, är dessa naturliga och representativa provtagningsplatser för metaller i omlopp. Genom att samla in och analysera växter som lever i anslutning till dessa vattendrag, får man en uppfattning om vilka metaller som tillförts vattendraget och som växterna kan ta upp.

 

Rötterna tvättas noga för att få bort sand, lera och andra minerogena partiklar.
Foto: Anders Damberg

Det har visat sig att vissa arter av vattenlevande mossor och en del örtrötter, t.ex. starrötter, bäst avspeglar mängden metaller som finns i vattnet. När växterna suger upp bäckvattnet får de ett metallinnehåll som beror på tillförseln av metaller till bäcken. Analys av de här bäckvattenväxterna visar alltså hur mycket av olika metaller som finns tillgängligt för växterna i vattnet.

Varför just rötter?

Det finns flera skäl till att utnyttja rötter för metallanalys av vatten. Rötternas metallupptag påverkas inte nämnvärt av växtens behov, utan upptag och utbyte av metaller med omgivningen är en ständigt pågående process. Metallinnehållet i rötterna beror därför helt och hållet på tillförseln från omgivningen. Innehåller vattnet lite metaller finns det också lite metaller i rötterna och omvänt.

Det är stor och varierande skillnad mellan innehållet i rötterna och i växternas ovanjordsdelar. En del växter kan i sina ovanjordsdelar antingen anrika vissa metaller eller så kan växterna till viss del skydda sig mot för stora upptag av metaller som kan orsaka förgiftning. Det betyder att man där inte alls har samma direkta koppling mellan tillgång på en metall och upptag av samma metall. Rötternas metallinnehåll kommer alltså, till skillnad från innehållet i växternas ovanjordsdelar, att avspegla de totala förekomsterna av tillgängliga metaller i vattnet, från de lägsta halterna till de högsta.

Det kan tyckas vara en besvärlig omväg att analysera rötterna istället för bäckvattnet för att få reda på vilka metaller som finns i våra bäckar. Men vattenprover är svårare att analysera och varierar dessutom i kemisk sammansättning allt efter årstid och nederbördsförhållanden. I bäckvattenväxterna utjämnas dessa tidsbestämda kemiska variationer tack vare att upptag och utbyte av metaller mellan vatten och bäckvattenväxter är en långsam process. Metallinnehållet i bäckvattenväxternas rötter ger därför ett genomsnittligt mått på den kemiska sammansättningen av det vatten som försörjer växterna. En analys av vattnets kemiska sammansättning ger heller inte i alla sammanhang information om biotillgängligheten av de metaller som ingår i vattnet, vilket däremot rötterna ger.

Vad visar de biogeokemiska kartorna?

Kartorna visar om metallerna är tillgängliga i stora eller små mängder för bäckvattenväxterna. Här kan man alltså se var de högsta halterna i landet finns och var behovet av eventuella åtgärder är som störst. I anslutning till mineraliseringar eller malmer kan de naturliga halterna av en del metaller vara så höga att de kan jämställas med den värsta förorening. Grundvatten som används som dricksvatten, eller grödor som odlas inom sådana områden, kan därför innehålla direkt hälsovådliga metallhalter.

Det går inte alltid att i ett första skede helt säkert säga vad höga metallhalter inom ett område beror på. Det faktum att växterna innehåller höga metallhalter visar emellertid att metallerna trots allt finns där och att de finns i en biotillgänglig form.

Med kännedom om metallhalterna i naturen kan vi också få en uppfattning om var det finns för lite livsnödvändiga eller för mycket skadliga metaller. Det är i dag omöjligt att säga att en viss halt av en metall i växtrötterna medför brist eller överexponering för växter, djur och människor inom det området. Men vetskapen om metallhalternas variation inom ett område visar var det kan vara nödvändigt att gå vidare med kontroller av hur de har spridits i näringskedjorna och därmed kan tänkas påverka oss. Så har till exempel variationen av kadmiuminnehållet i bäckvattenväxter givit god överensstämmelse med kadmiuminnehållet i vete. I de områden där bäckvattenväxterna visat på en riklig tillgång av kadmium, hittar man även höga kadmiumhalter i vetet. I andra områden, där tillgången på kadmium är lägre, gäller det omvända förhållandet.