Tlo je dio čovjekova okoliša koji ima značajnu ulogu u gospodarstvu, a istovremeno je vrlo složen ekosustav koji je pod stalnim utjecajem različitih djelatnosti čovjeka. Mnogobrojne ljudske djelatnosti izravno ili neizravno utječu na poremećaje prirodne ravnoteže tla. Porast broja stanovnika, razvoj industrije i drugih gospodarskih djelatnosti rezultira značajnim unosom metala u tragovima i ostalih onečišćivala u tlo i posljedično, vodene sustave (slika 1). Promjene izazvane raznim onečišćivalima štetno djeluju na prirodnu ravnotežu tla, a time i na kvalitetu poljoprivrednih dobara koje čovjek koristi.
Slika 1.
prikazuje načine unosa metala u tragovima u tlo i vodene sustave. Teški metali nemaju zatvoren proces kruženja u prirodi, ne razgrađuju se već kemijski reagiraju s drugim elementima pri čemu često nastaju još toksičniji spojevi (npr. metil živa).
Definicija metala u tragovima nije posve usklađena. Metalima u tragovima smatraju se kemijski elementi koji se u okolišu javljaju u vrlo niskim koncentracijama, u pravilu manjima od 100 ppb, i kao takvi čine mikrokonstituente tla. Neki od njih, poput željeza, cinka, nikla, mangana, molibdena, kroma, bakra i kobalta esencijalni su za pravilno funkcioniranje organizma, pa njihov nedostatak može biti štetan za organizam, jednako kao i njihova previsoka koncentracija u organizmu (slika 2). U neesencijalne se ubrajaju živa, olovo, kadmij, arsen, nikal i kositar i oni nemaju poznatu funkciju u organizmu te mogu biti štetni za zdravlje živog bića, a njihovi štetni učinci ovise o unesenoj količini (dozi), oksidacijskom stanju i kemijskom obliku.
Slika 2.
Na primjeru barkra prikazano je značenje esencijalnih metala u tragovima u organizmu. Esencijalnost bakra iskazana je u omjeru doza/učinak. Vidljivo je da doza (količina) bakra u organizmu ima svoje specifično područje homeostaze u kojem dolaze do izražaja njegova svojstva bitna za esencijalne biokemijske procese u organizmu. Potpuna odsutnost bakra uzrokuje smrt jedinke jer su zaustavljeni svi enzimatski procesi u kojima je bakar strukturalni dio. Prevelika doza (količina), jednako kao i kronični nedostatak bakra u organizmu, uzrokuje poremećaj u brojnim biokemijskim procesima, a daljnjim povećanjem količine može nastupiti smrt.
Kadmij
Kadmij je, uz olovo, jedan od najznačajnijih i najtoksičnijih metala u tragovima. Kadmij je srebrnobijel do srebrnoplav, mekan metal koji se može rezati nožem. Po kemijskim svojstvima sličan je cinku i živi, metalima 12. skupine. Glavni izvori kadmija u prirodi su vulkanske aktivnosti i trošenje stijena, a njegovu količinu u tlu, vodi i živim organizmima dodatno povećavaju antropogene aktivnosti poput izgaranja ugljena, nafte i benzina, spaljivanje otpada, proizvodnja i upotreba mineralnih gnojiva.
Posljedično povećanju koncentracije kadmija u tlu, povećava se i koncentracija kadmija u biljkama kojima se dalje hrane herbivorni organizmi pa se kadmij prenosi hranidbenim lancem. Kadmij nema poznatu biološku funkciju kod živih organizama, no oponaša druge divalentne metale koji su inače bitni, često i esencijalni, za biokemijske procese u organizmu. Na taj se način kadmij lako transportira kroz stanične membrane. Jednom kada se nađe unutar stanice veže se na ligande s iznimnim afinitetom, a posebno na niskomolekularne proteine. Najčešći simptomi koji se javljaju kod biljaka kontaminiranih kadmijom su: uvijanje listova, kloroza, smanjen rast korijena i izdanaka. Kadmij utječe na osmoregulaciju, dolazi do smanjenja ukupnog klorofila i karotenoida, inhibira oksidativnu fosforilaciju u mitohondrijama, inhibira otvaranje stoma, značajno smanjuje razmjenu H+/K+ iona i membransku aktivnost ATPaze. Bitno utječe na nekoliko enzima, najčešće smanjujući njihovu aktivnost. Kadmij je strukturalno jako sličan cinku. Pretpostavlja se da pri visokim koncentracijama kadmija dolazi do supstitucije iona Zn ionima Cd u ″cinkovim prstima″ (Zn fingers). Na taj način Cd ometa transkripcijske mehanizme, čime se objašnjava teratogeni i mutageni učinak kadmija.
Cink
Cink u tlo dospijeva prirodnim i antropogenim doprinosima. Cinkov sulfat se koristi kao sastavni dio fungicida te se dodaje direktno u tlo za sprječavanje nedostatka cinka u istom.
Do danas je poznato preko 20 metaloenzima u čiju strukturu ulazi cink. Tu spadaju: karboanhidraza, laktat dehidrogenaza, glutamat dehidrogenaza, alkalna fosfataza, timidin kinaza i drugi. Zbog toga ne iznenađuje da nedostatak cinka uzrokuje multisistemsku disfunkciju organizma. Cink sudjeluje u preko 200 enzimskih procesa u organizmu. Igra nezamjenjivu ulogu u stabilizaciji i sinezi genetičkog materijala. Cink potiče na lučenje hormona rasta. Neophodan je u procesima stanične diobe, kao i u procesima sinteze i razgradnje ugljikovodika, lipida i proteina pa posljedično navedenom, smatra se esencijalnim za rast i obnavljanje tkiva. Cink je neophodan i za normalno funkcioniranje staničnih membrana. Cink djeluje sinergijski s kalcijem te značajno utječe na apsorpciju kalcija.
Glavni antropogeni izvori uključuju procese taljenja i obrade ruda pri čemu se velika količina cinka otpušta u atmosferu, kućanski i industrijski otpad, izgaranje fosilnih goriva i krutog otpada, korozija cinkovih legura i galvaniziranih površina te erozija poljoprivrednih površina.
Bakar
Bakar je široko rasprostranjen metal u prirodi. Bakar ima veliku upotrebu u industriji, agrokulturi i domaćinstvu. Zbog vrlo široke uporabe bakar je jedan od najčešćih onečišćivača okoliša. U tlo dospijeva i prirodnim putem (trošenje minerala i stijena, vulkanske aktivnosti…).
Bakar, kao i cink, ulazi u sastav enzima bakar- cink superoksid dismutaze (Cu/Zn SOD) koji služi kao antioksidans značajan za očuvanje organizma od štetnih djelovanja slobodnih radikala. Održavanje pravilnog odnosa bakra i cinka je veoma važno za pravilno funkcioniranje organizma. Kod životinja i ljudi, bakar je neophodan za sintezu fosfolipida staničnih membrana i na taj način održava mijelin (ovojnicu živčanih stanica) i regulira nivo neurotransmitera . Bakar pomaže oslobađanju željeza iz tjelesnih zaliha kada je aktivna razina željeza u organizmu niska.
Metali se na svom putu od industrije do tla kao dugoročnog mjesta pohrane, mogu uključiti u hranidbene lance na čijem se kraju nalazi čovjek. Kako bi se omogućilo održivo korištenje tla i pravovremeno poduzimanje potrebnih mjera zaštite, potrebno je stalno praćenje stanja u tlu, osobito u područjima ugroženim ljudskom djelatnošću. Kako je čovjek na vrhu trofičke piramide, tako unosom hrane unosi i ove opasne tvari i time direktno utječe na vlastito zdravlje. Stoga je sadržaj metala u tragovima neophodno poznavati ne samo u tlu nego i u biološkom materijalu (biljkama).
Hrvoje Krnić , magistar biologije i ekologije mora