Was ist Quecksilber genau?

Quecksilber ist ein silbrig-weiss glänzendes Metall, das bei Raumtemperatur flüssig ist. Das deutsche Wort Quecksilber bedeutet „lebendiges Silber“, vergleichbar mit quicklebendig. Der englische Begriff für Quecksilber ist „Mercury“ und bezieht sich auf den römischen Gott Mercurius, dem das Metall zugeordnet wurde. Aus dem griechischen Wort Hydrargyros, was „Wassersilber“ bedeutet, entstammt das chemische Symbol für Quecksilber: Hg.  Quecksilber ist etwa 13.5 mal dichter als Wasser, d.h. 1 Liter Quecksilber wiegt ungefähr  13.5 Kilogramm.

Die verschiedenen Formen von Quecksilber

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Quecksilber kommt in verschiedenen chemischen Formen vor, die unterschiedliche Eigenschaften und Verwendungszwecke haben und sich auch bezüglich Giftigkeit stark unterscheiden. Sie verhalten sich unterschiedlich, was die Aufnahmewege, Ansammlung und Ausscheidung durch den Organismus angeht.

Elementares oder metallisches Quecksilber ist das einzige schon bei Raumtemperatur flüssige Metall. Es kann bei dieser Temperatur nicht nur flüssig, sondern auch gasförmig auftreten, da es recht leicht verdampft. Vielen ist elementares Quecksilber durch dessen früher weit verbreitete Verwendung in Thermometern, Barometern oder Blutdruckmessgeräten aber auch von ihrem Besuch beim Zahnarzt bekannt. In der Zahnmedizin wurde elementares Quecksilber zur Herstellung von Dentallegierungen (Amalgam) für Zahnfüllungen verwendet. Aufgrund seiner speziellen physikalischen Eigenschaften fand Quecksilber auch im Apparatebau, insbesondere in der Elektrotechnik (Batterien,Leuchtstoffröhren, Schalter, Energiesparlampen) Anwendung. In der chemischen Industrie wird das Metall neben anderen Anwendungen immer noch als Kathodenmaterial bei der Chloralkali-Elektrolyse zur Chlorherstellung eingesetzt. Dieses Herstellungsverfahren wird jedoch nach und nach durch ein neues, quecksilberfreies abgelöst.

Anorganische Quecksilberverbindungen entstehen aus Quecksilber in Verbindung mit nichtmetallischen Elementen wie zum Beispiel Chlor, Schwefel oder Sauerstoff. Die meisten dieser Quecksilbersalze sind farblos. Die Ausnahme ist das sogenannte rote Zinnober (Quecksilbersulfid; HgS), das wichtigste und häufigste Quecksilbermineral. Im Bergbau gewonnen, dient es als Ausgangsmaterial für die Quecksilberverhüttung. Quecksilberverbindungen wurden früher unter anderem in Pflanzenschutzmitteln, in Antifouling-Farben, zum Holzschutz oder als Desinfektionsmittel eingesetzt. Bei den Quecksilberverunreinigungen des Bodens im Oberwallis handelt es sich zum grössten Teil um anorganisches Quecksilber, das mit grosser Wahrscheinlichkeit als Salz und in gebundener Form vorliegt und somit kaum mobil ist.

Bei den organischen Quecksilberverbindungen steht aufgrund seines Vorkommens in der Umwelt und der hohen Giftigkeit Methylquecksilber im Vordergrund. Es kann durch die Einwirkung von Mikroorganismen in wässriger Umgebung aus elementarem sowie anorganischem Quecksilber entstehen. Über die Nahrungskette, vor allem durch den Verzehr von Fischen, kann es vom Menschen aufgenommen werden.

Legierungen mit Quecksilber (Amalgame). Quecksilber kann mit einigen Metallen, darunter Gold, Silber, Natrium, Kalium, Zink und Kupfer Legierungen bilden. Diese werden Amalgame genannt. Das in der Zahnmedizin früher verwendete Amalgam besteht ungefähr zu 50% aus Quecksilber und zu 50% aus einer Mischung aus Silber, Zinn, Kupfer und Zink. Eine Besonderheit der Quecksilberlegierungen besteht darin, dass diese ohne oder mit relativ geringer Wärmezufuhr gebildet werden können; die Festmetalle werden dabei im flüssigen Quecksilber aufgelöst. Mit Hilfe der Amalgamation können die mit Quecksilber legierbaren Metalle von nicht legierbaren und von Nichtmetallen abgetrennt werden. Dies wurde früher im grossen Stil zum Beispiel zur Gewinnung von Gold aus Fluss-Sand oder von Gold und Silber aus zerkleinertem Erz und bei der Rückgewinnung dieser Edelmetalle aus gebrauchten Gegenständen und Abfällen angewendet. Mit Amalgamen können auch Gold-, Silber- und Zink-Beschichtungen ausgeführt werden, indem man Gegenstände mit dem entsprechenden Amalgam bestreicht und dann das Quecksilber zur Verdampfung bringt (z.B. beim Feuervergolden und Feuerversilbern). Eisen ist nicht amalgamisierbar, so dass Quecksilber in Eisengefässen aufbewahrt und transportiert werden kann.

Vorkommen

Quecksilber wird durch eine Reihe natürlicher Vorgänge in der Umwelt verbreitet, zum Beispiel durch Vulkanausbrüche, Waldbrände, Überschwemmungen oder Bodenerosion. Zudem entweicht bereits abgelagertes Quecksilber aus Böden oder Ozeanen wieder in die Luft. Menschen bringen Quecksilber hauptsächlich durch Müllverbrennung, die Verbrennung von fossilen Brennstoffen sowie durch einige industrielle Prozesse in die Umwelt ein. Fische und Schalentiere können Quecksilber aus dem Wasser aufnehmen. Durch den Verzehr von Meerestieren kann das Metall über diesen Weg in die menschliche Nahrung gelangen.

Die Toxizität von Quecksilber

Quecksilber und seine Verbindungen können sowohl Enzyme als auch Strukturproteine in ihrer Funktion im Körper beeinträchtigen. Die unterschiedlichen Vergiftungsbilder elementaren Quecksilbers und der verschiedenen Quecksilberverbindungen unterscheiden sich aber sehr und die dafür verantwortlichen Faktoren sind im Einzelnen noch nicht vollständig aufgeklärt. Als empfindlichstes Zielorgan steht aber ganz klar das zentrale Nervensystem im Vordergrund.

Bei elementarem Quecksilber steht die inhalative Aufnahme beim Einatmen von Quecksilberdämpfen deutlich im Vordergrund. Oral aufgenommenes Quecksilber wird hingegen kaum im Magen-Darm Trakt resorbiert und auch die Aufnahme über die Haut ist im Vergleich zum inhalativen Pfad unbedeutend. Im Haushalt kann es unfallbedingt zur oralen Aufnahme von Quecksilber kommen, wenn beispielsweise Kinder Quecksilberthermometer zerbeissen. Aus diesem Grund wurde der Verkauf von Quecksilberthermometern an Privatpersonen verboten. Inhalierte Quecksilberdämpfe werden zu über 80% in der Lunge zurückgehalten und gelangen zu einem grossen Teil über die Alveolen in den Blutkreislauf. Gefährliche akute Konzentrationen können aber in der Regel nur unfallbedingt am Arbeitsplatz auftreten.

Bei chronischen Belastungen durch Quecksilber steht das zentrale Nervensystem im Vordergrund. Effekte zeigen sich in Form von Zittern und Wesensveränderungen (leichte Erregbarkeit, soziale Abschirmung) aber auch in Verminderungen des Kurzzeitgedächtnisses. Die Niere ist ebenfalls ein Zielorgan und wird geschädigt.

Anorganische Quecksilberverbindungen (nur zweiwertige) sind sehr ätzend und führen bei einer oralen Aufnahme zu schweren Verätzungen der Mundhöhle, des Rachens und der Speiseröhre, begleitet von Übelkeit und Erbrechen (blutig). Gelangen sie in den Magen-Darm-Trakt, so sind Kreislaufkollaps und Schock mit unter Umständen tödlicher Folge die Konsequenz. Solche Vergiftungen sind immer mit einer Nierenschädigung, bisweilen auch mit Nierenversagen, verbunden. Die kleinste tödliche Menge liegt beim Menschen bei etwa 3-15 mg pro kg Körpergewicht.

Bei organischen Quecksilberverbindungen steht in erster Linie die hohe Toxizität kurzkettiger Alkylquecksilberverbindungen im Vordergrund, insbesondere des Methylquecksilbers. Dieses entsteht in der Umwelt durch Biomethylierung von anorganischem Quecksilber durch Mikroorganismen, welche sich in Sedimenten und Schwebstoffen von wässrigen Systemen befinden. Methylquecksilber reichert sich in der Nahrungskette an, vornehmlich in Fisch. Früher wurde es auch als kostengünstiges Fungizid eingesetzt und war u.a. für die Massen-vergiftung Ende der 70er Jahre im Irak verantwortlich, bei der über 10'000 Menschen nach dem Verzehr von Brot aus behandeltem Saatgut starben. Methylquecksilber schädigt vor allem das zentrale Nervensystem und wirkt sich besonders schädlich während der Entwicklung aus. Dies gilt besonders für Belastungen, die vor der Geburt über die Ernährung der Mutter und beim Kleinkind durch die direkte Aufnahme mit der Nahrung erfolgen. Bei hoher Belastung können Krämpfe und spastische Lähmungen (zerebrale Kinderlähmung) auftreten. In anderen Fällen führte Methylquecksilber zu Erblindung, Taubheit und Verzögerung der mentalen Entwicklung. Organische Quecksilberverbindungen stellen aber in erster Linie eine Gefahr durch chronische Vergiftungen dar, die täglich über einen längeren Zeitraum eingenommen werden. 

Im Zusammenhang mit Methylquecksilber muss auch die Katastrophe im japanischen Minamata erwähnt werden. Dort gelangten hochgiftige methylquecksilberhaltige Abwässer direkt ins Meer, wo sich das organisch gebundene Schwermetall im fetthaltigen Gewebe von Fischen und Schalentieren ablagerte. Dort waren Mitte der 50er Jahre Zehntausende erkrankt und rund 2000 Menschen in der Folge der Auswirkung des Verzehrs von quecksilberverseuchten Fischen und anderen Meerestieren, der Hauptnahrungsquelle der Einwohner an der Bucht von Minamata, gestorben. Mit dieser Katastrophe kann man die Quecksilber-Kontaminationen im Oberwallis aber nicht vergleichen, da die chemischen Prozesse in der Fabrik in Minamata und der Lonza nicht gleich waren und es sich daher um unterschiedliche Formen von Quecksilber und Expositionen handelt.

Bei den Belastungen im Oberwallis handelt es sich um anorganisches Quecksilber, das hauptsächlich als Salz vorliegt und kaum mobil ist. Die Verunreinigung betrifft den Boden und den Untergrund, die teilweise mit quecksilberhaltigen Sedimenten vom Grossgrundkanal vermischt wurden und mit Quecksilber belastet sind. Methylquecksilber kann sich auch in wässriger Umgebung durch die Einwirkung von Mikroorganismen aus elementarem und anorganischem Quecksilber bilden. Die bisherigen Untersuchungen im Oberwallis haben jedoch kein signifikantes Vorhandensein von Methylquecksilberbelastungen gezeigt. Zudem konnten auch keine erhöhten Werte des anorganischen Quecksilbers in Gemüse gefunden werden, das auf belasteten Parzellen (< 2 mg Hg/kg Boden) angebaut wurde. Die Kontaminationen im Oberwallis unterscheiden sich daher grundsätzlich von denjenigen in Japan.

Exposition der Allgemeinbevölkerung durch Quecksilber und seine Verbindungen

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Elementares Quecksilber kommt natürlich in der Umwelt vor und ist in Luft, Wasser und Boden nachweisbar. Allerdings liegen die Werte dort alle weit unter für die Gesundheit bedenklichen Werten. In der Luft misst man in urbanen Gegenden zwischen 10 und 20 Nanogramm pro m3 und in ländlichen Gegenden liegen die Werte noch deutlich darunter. Die erhöhten Werte in urbanen Gegenden resultieren u.a. aus Abfallverbrennung und der Verbrennung fossiler Brennstoffe bei der Quecksilber in die Atmosphäre freigesetzt wird. Im Wasser findet man in der Regel weniger als 5 ng pro Liter.