Pokonaliśmy ołów. Kurz po wielkiej bitwie z tym toksycznym metalem opada jednak powoli

Z tego zagrożenia przez tysiące lat nie zdawano sobie sprawy, bo postęp technologiczny wyraźnie wyprzedza wiedzę o jego skutkach ubocznych – zarówno zdrowotnych, jak i środowiskowych. Do połowy XX w. ołów wydawał się pierwiastkiem niemal doskonałym: niezwykle użytecznym, a przy tym pozornie nieszkodliwym. Stosowano go więc powszechnie. Dodawano do benzyny, wykorzystywano w rurach wodociągowych, lakierach i farbach, w drukarstwie, przy produkcji amunicji (np. śrutu). W ogromnych ilościach emitowały go elektrownie węglowe i huty. Kiedy zaczęto rozumieć, jak poważne niesie zagrożenia, rozpoczęto stopniowe usuwanie go z naszego otoczenia. Momentem przełomowym było powołanie do życia amerykańskiej Environmental Protection Agency (EPA) – federalnego urzędu odpowiedzialnego za nadzór nad przestrzeganiem przepisów środowiskowych. Kilka lat później podobne instytucje zaczęły powstawać w Europie Zachodniej.

Jak bardzo skażeni ołowiem byli mieszkańcy uprzemysłowionych państw, pokazują niedawne badania przeprowadzone w amerykańskim stanie Utah, bogatym w różnorodne rudy metali (złoto, srebro, miedź i ołów). Wydobycie oraz hutnictwo tego ostatniego odegrały ogromną rolę w rozwoju gospodarczym regionu położonego wśród Kordylierów, gdzie krajobraz tworzą z jednej strony półpustynie, z drugiej – wysokie góry. Hutnictwo ołowiu rozpoczęło się tu w latach 70. XIX w. – zakłady budowano w pobliżu głównych miast, przede wszystkim Salt Lake City, a metal pozyskiwano z galeny, minerału będącego siarczkiem ołowiu. Choć w galenie dominują ołów i siarka, zawiera ona również niewielkie ilości innych pierwiastków, m.in. srebra. W Utah także je wydobywano i przetwarzano, ale przez wiele dekad to właśnie ołów miał największe znaczenie gospodarcze (dziś funkcję tę pełni miedź, pozyskiwana z gigantycznej kopalni odkrywkowej Bingham Canyon). Na początku XX w. Salt Lake City wraz z sąsiednimi miejscowościami stało się największym ośrodkiem produkcji ołowiu na półkuli zachodniej. Ponieważ cała okolica leży w kotlinie ograniczonej od wschodu i zachodu pasmami górskimi, jakość powietrza szybko zaczęła się tam dramatycznie pogarszać.

Wróćmy do analiz przeprowadzonych w ostatnich latach przez biologów Thure’a Cerlinga i Kena Smitha z University of Utah, których wyniki pojawiły się w lutym br. w czasopiśmie naukowym „PNAS”. Wcześniej Cerling i Smith zajmowali się badaniami dzikich zwierząt. Aby ustalić, gdzie żyły i czym się żywiły, pobierali od żywych osobników próbki włosów, a od martwych także zęby. Następnie analizowali skład chemiczny materiału przy użyciu spektrometru mas. Zebrane doświadczenia wykorzystali w nowym projekcie. Tym razem chcieli ustalić poziom ołowiu w organizmach ludzi mieszkających w kotlinie Salt Lake City od początku XX w. W tym celu pobrali próbki włosów od osób żyjących oraz sięgnęli po materiały przechowywane w uczelnianym repozytorium. Najstarsze próbki pochodziły z 1916 r., najmłodsze – z 2024. Wyniki były jednoznaczne. W próbkach sprzed powstania EPA stężenie ołowiu wynosiło 28–100 ppm (części na milion). W latach 90. XX w. średnia spadła do ok. 10 ppm, a w próbkach z ostatnich lat nie przekraczała już 1 ppm. „Wniosek może być tylko jeden: restrykcyjne regulacje środowiskowe wprowadzane od lat 70. uwolniły nasze organizmy od ołowiu” – napisali Cerling i Smith w podsumowaniu artykułu.

W Utah wszystkie huty ołowiu zamknięto już na początku lat 70. XX w., głównie z powodów ekonomicznych. Jednak nie tylko one odpowiadały za przenikanie toksycznego metalu do organizmów ludzi. Równie istotnym źródłem zanieczyszczenia były rury wydechowe aut, których w latach 50. i 60. XX w. szybko przybywało w aglomeracji Salt Lake City, podobnie jak w całych Stanach Zjednoczonych i wielu krajach zachodnich. Dopiero po powstaniu EPA zaczęto stopniowo usuwać ołów z paliw samochodowych. Silny opór ze strony przemysłu sprawił, że proces ten trwał dwie dekady – mimo dramatycznych apeli niektórych naukowców, wskazujących, że w przeliczeniu na jednego mieszkańca samochody w USA emitują ok. kilograma ołowiu rocznie, a jego opary mogą się utrzymywać w powietrzu przez kilka dni podczas stabilnej, wyżowej pogody i przenikać do organizmów ludzi.

Ołowiany antyk

Historia pozyskiwania ołowiu zaczyna się w starożytności. Był to jeden z pierwszych metali, które człowiek nauczył się wytapiać z rud. Egipcjanie, Grecy, Fenicjanie i Rzymianie używali go do produkcji setek przedmiotów. Grecy eksploatowali słynne kopalnie w Laurion, z których wydobywano srebro i ołów. Dochody z tych złóż były ogromne. Rzymianie również pozyskiwali wielkie ilości srebra – finansowali nim kolejne podboje. Metal ten wytwarzano podczas wytopu i rafinacji rud ołowiu na Półwyspie Iberyjskim oraz Sardynii, a że był trwały i łatwy w obróbce – doskonale nadawał się do produkcji rur wodociągowych. Rzym dysponował ich rozbudowanym systemem, który rozprowadzał wodę do domów w całym mieście. Zresztą jeszcze na początku XX w. używano go powszechnie, a ołowiane rury można spotkać do dziś.

Naukowcy wielokrotnie próbowali ustalić, ile ołowiu mogło znajdować się w wodzie spożywanej przez mieszkańców starożytnego Rzymu. Niektórzy twierdzili nawet, że jego wysokie stężenie przyczyniło się do upadku Cesarstwa Rzymskiego. Według tej hipotezy władcy i elity imperium stopniowo podupadali na zdrowiu – zarówno fizycznym, jak i psychicznym – co przekładało się na jakość rządzenia. Pogląd ten podzielał m.in. geochemik Clair Patterson z California Institute of Technology – uczony, który później odegrał kluczową rolę w eliminowaniu tego metalu z benzyny, a śledztwo w tej sprawie przeprowadzili swego czasu geochemicy z Université de Lyon. Analizując skład chemiczny osadów nanoszonych przez Tyber, ustalili, że w wodzie spożywanej przez mieszkańców Rzymu rzeczywiście znajdowało się dużo ołowiu – nawet stukrotnie więcej niż w okolicznych strumieniach. Ich zdaniem jednak stężenie było zbyt małe, by powodowało poważne uszkodzenia mózgu. Choć metal zapewne podtruwał mieszkańców miasta, nie przyczynił się do upadku imperium – uznali badacze.

Jedno jest jednak pewne: rzymskie hutnictwo było na tyle intensywne, że zanieczyściło atmosferę wielu regionów Europy. Związki ołowiu unosiły się z wiatrem na ogromne odległości, nawet do oddalonej o ok. 5 tys. km Grenlandii. Było ich oczywiście o wiele mniej niż w XX w., ale na tyle dużo, że naukowcy odnaleźli je w rdzeniach lodowych. Pionierem tych badań był francuski glacjolog Claude Boutron. Jego zespół wykazał, że ok. 500 r. p.n.e. stężenie ołowiu w grenlandzkim lodzie wzrosło czterokrotnie. Podwyższony poziom utrzymywał się przez osiem stuleci, a spadać zaczął dopiero, gdy Cesarstwo Rzymskie wkroczyło w fazę upadku. Można więc powiedzieć, że w grenlandzkim lodzie zapisał się zmierzch śródziemnomorskiego imperium. W I w., u szczytu potęgi Rzymu, w Europie produkowano ok. 80 tys. t ołowiu rocznie. Po upadku imperium liczba ta zmalała do kilku tysięcy ton. Ponownie zaczęła rosnąć ok. 1000 r., gdy odkryto nowe złoża ołowiu i srebra w Europie Środkowej, a kolejny wzrost nastąpił w renesansie, w okresie gospodarczego rozkwitu Europy. W roku 1523, ostatnim uwzględnionym przez francuskich badaczy, na Grenlandię opadło tyle ołowiu, ile w czasach potęgi Rzymu.

Dane Boutrona pochodziły z analizy rdzenia lodowego o długości ponad 3 km, wydobytego w latach 1990–1992 w ramach europejskiego programu GRIP (Greenland Ice Core Project). W późniejszych badaniach udało się nawet ustalić dokładne pochodzenie ołowiu z warstw datowanych na ostatnie trzy stulecia przed naszą erą. Jego skład izotopowy okazał się zgodny z ołowiem wydobywanym przez Kartagińczyków, a później przez Rzymian w południowej części Półwyspu Iberyjskiego, zwłaszcza w okolicach kopalń nad Rio Tinto w Andaluzji, jednym z najważniejszych w starożytności ośrodków produkcji srebra.

Przemysłowa eksplozja

Jednak prawdziwy „czas ołowiu” rozpoczął się w II poł. XIX w. Znów zawdzięczamy tę wiedzę grenlandzkiemu lądolodowi. I oczywiście naukowcom, tym razem amerykańskim, którzy zaczęli swoje analizy tam, gdzie skończył je Boutron. Datowali oni warstewki lodu w rdzeniu z dokładnością do roku, a następnie z każdej pobierali po 25 próbek, w których mierzyli stężenie ołowiu, po czym wynik uśredniano. Badacze chcieli mieć pewność, że ustrzegą się błędów. Do ok. 1870 r. koncentracja pierwiastka była ledwie zauważalna. Pochodził głównie ze źródeł naturalnych, a jego poziom wyraźnie rósł jedynie po wielkich erupcjach wulkanicznych. Np. w warstwie z 1783 r. jego stężenie było aż dziesięciokrotnie wyższe niż wcześniej i później. W ten sposób w lodzie utrwalił się potężny wylew magmy ze szczeliny wulkanicznej Laki na niedalekiej Islandii. Również erupcja innego islandzkiego wulkanu, Hekli, w 1845 r. pozostawiła wyraźny ołowiany ślad na Grenlandii.

Od warstwy datowanej na rok 1870 ilość ołowiu zaczęła szybko rosnąć. Na początku XX w. stała się już kilkanaście razy większa niż wcześniej, a w ciągu dwóch pierwszych dekad nowego stulecia wzrosła jeszcze kilkukrotnie. Naukowcy powiązali ten skok z gwałtownym rozwojem górnictwa, hutnictwa i przemysłu ciężkiego w Europie oraz Ameryce Północnej. W rdzeniach przybyło też innych metali ciężkich, m.in. kadmu. Ich źródłem również były fabryki. Ku zaskoczeniu badaczy okazało się, że ówczesne zakłady przemysłowe wytwarzały o wiele więcej ołowiu i innych zanieczyszczeń, niż przewidywali. W lodzie z tamtego okresu jest ich znacznie więcej niż w warstwach współczesnych. Oczywiście sto lat temu nie mierzono emisji szkodliwych gazów i pyłów, więc też nie znano jej skali.

Ilość ołowiu docierającego nad Grenlandię rosła do przełomu lat 20. i 30. XX w., po czym gwałtownie spadła w ciągu następnej dekady. Przyczyną był światowy kryzys ekonomiczny. Choć przyniósł załamanie gospodarcze i dramatyczne skutki społeczne, dla środowiska okazał się chwilowo korzystny. Sytuacja zmieniła się ponownie wraz z wybuchem II wojny światowej oraz powojennym boomem gospodarczym. W powietrzu zaczęły się pojawiać coraz większe ilości ołowiu – już nie tylko z fabryk, lecz także z samochodów.

Szybkie schodzenie ze szczytu

Pomysł dodawania do benzyny czteroetylku ołowiu, aby zwiększyć jej liczbę oktanową, pojawił się w latach 20. XX w. Wymyślił to Thomas Midgley, szef zespołu chemików w koncernie General Motors. Paliwo z dodatkiem tego związku zaczęto stosować kilka lat później. Początkowo emisje nie były duże ze względu na niewielką liczbę aut. Po II wojnie światowej sytuacja zmieniła się radykalnie. Samochód stał się dobrem masowym, zwłaszcza w Ameryce Północnej, gdzie szczególnie chętnie kupowano duże modele osobowe z silnikami spalającymi mnóstwo paliwa i przy okazji emitującymi duże dawki ołowiu.

W zapisie grenlandzkich rdzeni lodowych ta epoka motoryzacyjnej ekspansji jest doskonale widoczna. Najwyższe stężenia ołowiu pochodzą z lat 1950–1980. W tym czasie produkcja samochodów na świecie wzrosła z 4–5 mln rocznie do blisko 30 mln. Wszystkie one spalały niemal wyłącznie benzynę ołowiową, której światowa produkcja na początku lat 70. sięgała ok. 400 tys. t rocznie. Był to moment ołowiowego szczytu. Świat zaczął z niego schodzić dopiero w latach 70., w dużej mierze dzięki pracy jednego człowieka – geochemika Claira Pattersona. To on w 1956 r. pierwszy dokładnie określił wiek Ziemi na 4,55 mld lat, wykorzystując metodę datowania uranowo-ołowiowego. Podczas swoich badań odkrył jednak coś niepokojącego: w próbkach osadów z dna oceanów znajdowało się znacznie więcej ołowiu, niż wynikałoby to z naturalnych procesów geochemicznych. Po przeprowadzeniu analizy rdzeni lodowych z Grenlandii i Antarktydy stwierdził, że nadmiar metalu pojawił się w tym samym czasie, gdy zaczęto powszechnie używać benzyny ołowiowej.

Patterson rozpoczął więc kampanię na rzecz jej wyeliminowania. Napotkał ogromny opór przemysłu naftowego i powiązanych z nim naukowców. Ich wpływy były na tyle duże, że z uczonym zerwało współpracę wiele instytucji naukowych, a w 1971 r. został wyrzucony z komitetów doradczych National Research Council, instytucji finansującej badania naukowe w USA z funduszy federalnych. Mimo to kontynuował analizy w swoim laboratorium w California Institute of Technology. Sprawdzał próbki żywności, gleby i ludzkich kości – wszędzie znajdował podwyższony poziom ołowiu. W pewnym momencie dołączył do niego Herbert Leroy Needleman, pediatra, profesor University of Pittsburgh, gdzie w ramach swoich zainteresowań badawczych zajmował się zaburzeniami w rozwoju układu nerwowego u dzieci, powstającymi w wyniku zatrucia ołowiem. Na początku lat 70. wykazał, że nawet niewielkie dawki ołowiu mogą obniżać poziom inteligencji u dzieci oraz negatywnie wpływać na koncentrację i wyniki w nauce.

Ostatecznie duet Patterson–Needleman wygrał tę batalię. W Stanach Zjednoczonych zaczęto wprowadzać regulacje ograniczające użycie ołowiu w farbach i materiałach budowlanych, a EPA nakazała, by od 1975 r. wszystkie nowe samochody wyposażone w katalizatory korzystały wyłącznie z benzyny bezołowiowej. Całkowite wycofanie benzyny ołowiowej w USA nastąpiło 30 lat temu wraz z wejściem w życie ustawy Clean Air Act. W Unii Europejskiej podobne przepisy zaczęły obowiązywać w 2000 r., choć wiele krajów wprowadziło je wcześniej. W Polsce produkcja benzyny ołowiowej zakończyła się w 2005 r.

Efekty tej walki widać nawet w grenlandzkim lodzie. W warstwach z ostatnich dwóch dekad stężenie ołowiu jest zbliżone do poziomu z początku epoki przemysłowej. To wciąż nieco za dużo – całkowite oczyszczenie atmosfery nastąpi dopiero wtedy, gdy znikną wszystkie przemysłowe źródła emisji, usytuowane m.in. w hutach metali czy fabrykach akumulatorów kwasowo-ołowiowych, a także gdy ołów zostanie ostatecznie usunięty z benzyn lotniczych, używanych powszechnie przez wiele modeli lekkich samolotów. Mimo to jedno jest pewne: w skali całej planety ołowiowy szczyt mamy już za sobą.