Barium (Ba)

Details

Last Updated: Saturday, 22 April 2023 15:00

Published: Thursday, 26 March 2020 15:00

Inledning
Egenskaper
Verksamheter
Spridningsvägar
Risker
Undersökningar
Åtgärdsmetoder att beakta
Referenser

Inledning

Barium är en metall tillhörande gruppen alkaliska jordartsmetaller och är det 16:e vanligaste grundämnet i jordskorpan (WHO CICA 33). Barium klassas som ett spårämne, i ren form är metallen silvervit till utseendet och är mycket likt bly på grund av ett grått oxidationslager på ytan. Barium förekommer inte i naturen i metallisk form på grund av sin reaktivitet men finns i flera olika föreningar med olika egenskaper och toxicitet. Baryt (BaSO₄), som är det vanligaste mineralet med grundämnet, var känt i antiken och namnet kommer av grekiska ordet för tung.

Barium är vanligt förekommande i mark och tas lätt upp av växter, speciellt i jordar med lågt pH (NV rapport 5158).  Bariummineraler är vanligt förekommande i mark och växter men det är inte livsnödvändigt.  Endast väldigt höga koncentrationer är toxiskt i mark. Baryt till exempel, är mycket svårlösligt i vatten och är därför inte farligt för organismer².

Grundämnet barium är inte klassificerad inom EU, däremot är flera bariumföreningar klassificerade. Barium är i ren form giftigt och symptomen av förgiftning liknar dem vid arsenikförgiftning (sgu.se). Flera bariumföreningar, t. ex. bariumklorat, är också toxiska, och är farliga både vid förtäring och inandning. I Sverige saknas rekommendationer och gränsvärden för barium avseende dricksvatten men vid de halter som vanligtvis förekommer i grundvatten anses hälsoeffekterna vara små.

Figur 1. Närbild av barytkristaller från Mexico. Foto: Gery Parent. Some rights reserved

Egenskaper

Fysikaliska och kemiska egenskaper

Barium tillhör gruppen alkaliska jordartsmetallerna och förekommer inte i metallisk form i naturen på grund av sin reaktivitet, utan återfinns i mineraler. Förekomsten av barium finns i olika typer av föreningar med olika egenskaper och toxicitet. Barium har en densitet på 3510 kg/m3, en smältpunkt på 725°C och en kokpunkt på 1897°C och är en bra elektrisk ledare. Barium går även att legera tillsammans med andra metaller, såsom aluminium.

Naturlig förekomst och bakgrundshalt

Den vanligaste formen av barium är sulfatet baryt (BaSO₄) men barium finns också till viss del som karbonatet witherit (BaCO₃) eller som alstonit, ett blandkarbonat av kalcium och barium (slu.se). Barium förekommer även i mindre mängder i bergartsbildande silikater som fältspat och glimmer. Baryt är den huvudsakliga källan för utvinning av barium och den genomsnittliga halten i bergarter ligger på 400 – 500 ppm. De högsta halterna av barium förekommer i glaciala avlagringar i nordvästra Sverige orsakad av sedimentära bergarter, men förekommer även i Västergötland och på södra Öland. I sydöstra Skåne är bakgrundshalten av barium högre i moränen än andra platser i Sverige då den överligger sandsten och skiffer, båda rika på fältspat (sgu.se).

Figur 2. Grundämnenas relativa förekomst i jordskorpan med barium högt upp.

Bakgrundshalter av barium i morän i Sveriges län finns här.

Bariummineraler förekommer i rikliga mängder i jorden men binds hårt till lermineral eller adsorberas av hydroxider och oxider (Bowen H.J.M. 1979). Medelhalterna i matjord ligger ofta runt 500 mg/kg (NV rapport 5158) i mineraljorden är medelhalten 608 mg/kg (slu.se). I Naturvårdsverkets indata för riktvärdesmodellen anges en halt på 15,6 mg/kg TS för 90-percentilen av bakgrundshalter i morän.

Dricksvatten

Vid en studie av 46 sura brunnsvatten i Sverige erhölls ett medianvärde för barium på 52 µg/l och i 43 alkaliska vatten 7,1 µg/l (SSI rapport 2008:15). I Sverige saknas rekommendationer och gränsvärden för barium avseende dricksvatten, men WHO anger att barium inte bör överstiga 700 µg/l i dricksvatten. Livsmedelsverket rekommenderar att den som ansvarar för en dricksvattenanläggning, inklusive egen brunn, undersöker vattenkvaliteten regelbundet för att kontrollera att den är förenlig med angivna gränsvärden.

För detaljerad information om grundvattenkemi för stationer som ingår i miljöövervakningen se SGU.

För detaljerad information om bergartskemi se SGU.

Se även SGU:s maringeologiska karta för metaller.

Förekomst av bariumföroreningar från verksamheter

Barium är en metall som används inom många olika områden och är därför mycket spridd. Barium upptäcktes redan på 1770-talet, men det var först under början av 1800-talet med hjälp av elektrolys som rent barium kunde renframställas och inte endast bariumoxid. Idag är mineralet baryt den huvudsakliga källan för utvinning av barium och den största användningen volymmässigt är som borrvätska när man borrar i berggrund. I grundämnesform används barium framförallt som legeringsmetall med aluminium. Ur baryt framställs även bariumkarbonat, som i sin tur används vid tillverkning av LED-skärmar. Gruvbrytning av baryt har tidigare skett i Sverige men idag finns ingen produktion kvar.

Figur 3. Borr för att borra i berggrund. Foto. Curt Carnemark. Some rights reserved

Andra användningsområden för bariumsulfat (BaSO4) är att det används som kontrastmedel vid röntgenundersökningar då bariumsulfat är mycket svårlösligt i vatten. Olika typer av bariumsalter används även i fyrverkerier och tomtebloss för att skapa gröna färger samt som tillsatsämne i färger, keramik, glas och plast (NV rapport 5536).

Markundersökningar vid tidigare platser för gamla handelsträdgårdar har visat på förhöjda halter av metaller, bland annat barium. Orsaken till de förhöjda halterna av barium har inte kunnat klargöras helt men en potentiell källa kan vara den historiska användningen av metallbaserade bekämpningsmedel (SGI publikation 34). Barium har även setts förekomma i högre halter på platser med hamn- och båtverksamhet samt vid glasbruk (SGU huvudstudie Björkå bruk).

För hela Naturvårdsverkets branschlista för förorenade områden där antimon använts se här.

Spridningsvägar för olika faser och medier

Bariummineraler binds hårt till lermineral eller adsorberas av hydroxider och oxider och är därför inte särskilt rörligt i mark. Vid vissa typer av markförhållanden, speciellt sandjordar, kan dock, barium gå i lösning där halter på ca 0,3 mg/l har uppmätts i markvatten (NV rapport 5158). Barium finns i vatten som bariumjonen Ba²⁺ och bildar komplex med organiskt material. Barium kan bilda många olika typer av föreningar varav bariumsulfat (BaSO₄) är den vanligaste. Bariumsulfat är nästintill olösligt till skillnad från t.ex. bariumnitrat (Ba(NO₃)₂ som istället är lättlösligt (wikipedia). Barium har liknande kemi som kalcium och Ba²⁺ adsorberas till humusämnen vid högt pH.  

Miljö- och hälsorisker

Hälsoeffekter

En bariumförgiftning påminner mycket om arsenikförgiftning med t.ex. illamående, kräkningar, buksmärtor, förlamningar och domningar i extremiteter och urinblåsa (giftinformation.se). Flera bariumföreningar (salter) är starkt toxiska, bland annat bariumkarbonat (BaCO₃) är farligt vid förtäring, bariumklorat (Ba(ClO₃)₂) och bariumklorid (BaCl₂) är farliga vid inandning och förtäring. Höga koncentrationer av barium kan leda till andningssvårigheter, förhöjt blodtryck och skador på hjärta och lungor men är inte cancerogent (NV rapport 5536). De olösliga bariumsalterna som bariumsulfat (BaSO₄), tillika mineralet baryt, är mycket svårlösligt i vatten och är därför, trots bariums giftighet, inte giftig. Bariumjonerna kan vid intag fällas ut till sulfater och störa metabolismen, dock endast toxiskt för organismer i mycket höga koncentrationer. Rapporter om toxiska halter i fält är få.

Riskbedömning

Barium har låg potential för bioackumulering och har visat sig ha låg giftighet för fisk och kräftdjur, alger har dock visat sig vara känsligare. Barium kan ha en påverkan på fortplantningen för akvatiska organismer (NV rapport 5536).

I ett fåtal projekt har oral biotillgänglighet mätts och använts i riskbedömningar. Tester av biotillgänglighet erbjuds i dagsläget av Statens Geotekniska Institut (SGI). Kontakta SGI och stäm av syfte, metodik och vad resultat kan användas till innan provtagning för analys av biotillgänglighet görs.

Här finns mer information om biotillgänglighet vid efterbehandling och riskbedömning: rapport 5895.

Hälsorisker

Lösliga bariumsalter som är toxiska förekommer främst i tomtebloss, raketer och hårborttagningsmedel, men förgiftning av dessa är inte att förvänta vid t.ex. barntillbud då mängden barium är obetydlig (giftinformation.se).  Riktvärde för barium i dricksvatten saknas i Sverige men vid de halter som vanligtvis förekommer anges hälsoeffekterna vara små. WHO rekommenderar att bariumhalten inte bör överstiga 700 µg/l i dricksvatten. Vid bariumhalter över WHO:s riktvärde kan det påverka blodtrycket (SSI rapport 2008:15).

Få studier finns avseende exponering av barium via hudkontakt. Bariumkarbonat (BaCO₃) har dock visat sig kunna vara irriterande för huden, men inga studier finns avseende allergiska besvär från barium.

Miljörisker

Jord: Vid bedömning av förorenade områden finns de generella riktvärdena för förorenad mark, som för barium är styrt av miljöpåverkan. Länk till de generella riktvärden finns här.

Skydd av ytvatten: Det saknas jämförbara riktvärden för barium i ytvatten. Det finns dock holländska ”Intervention values” för barium i grundvatten på 625 µg/l. I dricksvatten rekommenderar WHO att bariumhalten inte överstiger 700 µg/l.

Gränsvärden för kemisk ytvattenstatus finns här.

Angående undersökningar

För generella provtagningsstrategier se här.

För mediespecifik provtagning se här.

Provhantering provberedning (gränssnitt mellan konsult och labbet)

Jord

Vid provtagning av jord bör man utgå från att föroreningarna är heterogent fördelade i jorden och eftersom den mängd jord som tas ut för själva analysen är det viktigt att homogenisera provet för att få en jämn fördelning av föroreningen i provet. För vissa matriser kan direkta fältmetoder användas för att få indikationer på föroreningar men dessa kan generellt sett inte ersätta laboratorieanalyser. XRF-instrument kan med fördel användas för att analys av metaller i jord och andra fasta material så som fyllnadsmassor (SGF rapport 2:2013).

Vatten

Inför provtagning av grundvatten bör vattnet i röret omsättas före provtagning. Vid provtagning av metaller exempelvis barium är grundvattenrör av plast att föredra. Provtagningsutrustningen ska vara tillverkade av inerta material. Slangar ska sköljas igenom med metallfritt avjoniserat vatten mellan provtagningstillfällena. Då bailers används är det viktigt att undvika kontamineringsrisker. Vid provtagning av metaller ska plasthandskar användas (SGU rapport 2013:01).

Sediment

Sedimentprover ska tas på ackumulationsbotten där föroreningarna ansamlas och inte omlagras. Fördelningen av föroreningar i sedimenten kan anses vara homogena spatialt men kan variera i djupled. Som stöd för analysen kan redoxpotential mätas direkt i fält.

Fyllnadsmassor

Partikelbundna föroreningar i fyllnadsmassor har ofta stor haltvariation både i sidled och i djupled då äldre utfyllnader oftast gjordes med för dagen tillgängliga massor med rätt geotekniska egenskaper men med mindre hänsyn till innehållet av farliga ämnen. Provtagning av fyllnadsmassor bör därför provtas systematiskt i tredimensionella rutnät både i sidled och djupled. Underliggande ostörda jordlager (torrskorpelera, tät lera, morän, sand) bör aldrig ingå i samma jordprov som den ovanliggande påverkade jordmassan.

Provhantering, provtagningskärl och analysmetoder

För att rätt provtagningskärl ska användas vid specifika prov är det viktigt att kontakta analyserande labb för en diskussion om provhantering så som filtrering eller surgörande av provet och rätt provkärl. Viktigt är att provkärl fylls till brädden och förvaras mörkt och kallt under transport till laboratorium.

Åtgärdsmetoder att beakta

För lämpliga åtgärdstekniker se:

https://atgardsportalen.se/

Läs mer under respektive metod för att bättre kunna bedömma om metoden är möjlig att använda i en specifik föroreningssituation.

In situ

Fytosanering
Grundvattenpumpning och behandling - skyddspumpning kan tillämpas för att kontrollera spridning

Inneslutning/barriärteknik

Kemisk reduktion - främst för behandling av CrVI

Stabilisering/solidifiering

Termisk behandling – För kvicksilverförorenad jord

 Ex situ - baseras på att schaktning är möjligt

Deponering

Gräv- och schaktsanering
Jordtvätt
Termisk behandling –främst för kvicksilver och kvicksilverföreningar

Referenser

Bowen H J M (1979): Environmental chemistry of the elements. – Academic Press INC., London. pp 333.

Dr Harlal Choudhury, National Center for Environmental Assessment, US Environmental Protection Agency, Cincinnati, Ohio, USA, and Mr Richard Cary, Health and Safety Executive, Liverpool, United Kingdom. Concise International Chemical Assessment Document 33. Barium and barium compounds. World Health Organization, 2001.

Giftinformation.se, Giftinfo – för läkare, Swedish Poisons Information Centre, https://giftinformation.se/lakare/substanser/barium/, maj 2021.

Huvudstudie Björkå glasbruk, Kemakta AR 2015-38. Kemakta Konsult AB, April 2016.

Huvudstudie Kylhult 1:341, Strömsnäsbruk, Malmö. Sweco VIAK AB, 2007.

Naturvårdsverket rapport 4918 (1999). Metodik för inventering av förorenade områden. Bedömningsgrunder för miljökvalitet.

Naturvårdsverket rapport 5158. Spårelement i mark, grödor och markorganismer. Jan Eriksson och Lovisa Stjernman-Forsberg. (2002)

Naturvårdsverket rapport 5536. Metallers mobilitet i mark. Kunskapsprogrammet Hållbar Sanering. ISBN 91-620-5536-4.pdf.

Naturvårdsverket rapport 5859 (2008). Hälsoriskbedömning vid utredning av förorenade områden.

Naturvårdsverket rapport 5888 (2009). Provtagningsstrategier för förorenad jord.

Naturvårdsverket rapport 5895. Biotillgänglighet som företeelse och vid riskbedömningar av förorenade områden.

SGF rapport 2:2013. Fälthandbok: Undersökningar av förorenade områden. ISSN 1103-7237.

SGI Publikation 34. Föroreningsproblematik vid gamla handelsträdgårdar – råd vid miljötekniska undersökningar

SGU rapport 2013:01: Bedömningsgrunder för grundvatten.

SGU. Baryt. https://www.sgu.se/mineralnaring/kritiska-ravaror/baryt/, maj 2021. 

SSI Rapport 2008:15. Naturligt radioaktiva ämnen, arsenik och andra metaller i dricksvatten från enskilda brunnar. Ek, B-M., Thunholm, B., Östergren, I., Falk, R och Mjönes, L.

Sveriges lantbruksuniversitet, SLU. Spårämnen.

https://www.slu.se/miljoanalys/statistik-och-miljodata/miljodata/webbtjanster-miljoanalys/markinfo/markinfo/markkemi/totalhalter-i-mineraljorden/sparamnen/, maj 2021.