| Die durchschnittliche Cadmiumkonzentration in Meerwasser liegt bei etwa 0,05-0,4 ppb, wobei sie in der Tiefsee wesentlich höher ist als in den oberen Wasserlagen, wo häufig nur 1 ppt Cadmium vorkommen. In Flusswasser und Seen beträgt die Cadmiumkonzentration im Allgemeinen circa 0,4 ppb, oft auch weniger. Im Sediment unbelasteter Flüsse sind etwa 40-800 ppb Cadmium zu finden, während dies bei belasteten Flüssen ohne weiteres 30-400 ppm sein können. Regenwasser enthält etwa 0,5-2 ppb des Elements.
Im Mündungsbereich von Flüssen ins Meer wird die Mobilisation von Cadmium und seinen Verbindungen meist wesentlich größer. Sie sind normalerweise zu etwa gleichen Teilen in gelöster und an Schwebstoffen absorbierter Form vorhanden. In gelöster Form liegt Cadmium in Süßwasser vor allem als Cd2+ und CdOH+ vor, während es in Meerwasser zum Großteil als nicht-ionisches CdCl2 zu finden ist. Auch CdCO3 und Cd(OH)2 spielen in der Wasserchemie von Cadmium eine Rolle.
Phytoplankton enthält im Allgemeinen etwa 1-5 ppm (trockenmassebezogen) des Elements. Dies lässt auf einen Biokonzentrationsfaktor von circa 104-2.104 gegenüber Meerwasser schließen. In höheren Wasserpflanzen liegt die Cadmiumkonzentration bei bis zu 10 ppm (trockenmassebezogen), während es sich bei europäischen Meeresfischen um 0,02-0,4 ppm und marinen Muscheln um 0,2-35 ppm handelt.
Cadmiummetall reagiert unter normalen Umständen nicht mit Wasser. An feuchter Luft läuft es jedoch relativ schnell an.
Unter normalen Umständen ist Cadmium in Wasser unlöslich. Die Löslichkeit des Cd2+-Ions ist jedoch stark pH-abhängig. Die Wasserlöslichkeit von Cadmiumoxid ist extrem gering, und Cadmiumhydroxid ist sogar komplett unlöslich. Andere Cadmiumverbindungen können hingegen gut wasserlöslich. So lässt sich etwa Cadmiumchlorid in der hydratisierten Form zu 1210 g/L in Wasser lösen.
Löslichkeit und wie diese beeinflusst werden kann Cadmium ist in relativ wenigen Mineralien enthalten, wobei Greenockit als einziges von größerer Bedeutung ist. Das Element und seine Verbindungen haben dennoch viele kommerzielle Einsatzbereiche. So wird Cadmium in der Galvanoindustrie verwendet und kann in gelben und roten Farbpigmenten enthalten sein, die für Farben, Keramikglasuren und Emaille verwendet werden. Ein sehr bekannter Verwendungszweck ist der Einsatz in Nickel-Cadmium-Batterien, die zahlreiche Male wiederaufgeladen werden können. Größere Akkumulatoren dieser Art werden gerne für elektrische Fahrzeuge benutzt. Cadmium kann zudem Bestandteil von Solarzellen und anderer elektronischer Teile sein. In der Kunststoffherstellung dienen Cadmiumverbindungen als Stabilisator von PVC. Auch Kunststoffe, die für elektrische Geräte verwendet werden, enthalten häufig jenes Element.
Nicht zu unterschätzen ist die Cadmiummenge, die bei der Produktion von Zink freigesetzt wird. Gleiches geschieht in kleineren Mengen bei der Herstellung von Kupfer und Blei.
Cadmium ist oft in Phosphatdüngern und auch Klärschlämmen enthalten. Auch bei der Herstellung von Phosphorsäure kann das Element freikommen. Zudem werden seine Verbindungen in der Fotografie und als Katalysatoren verwendet. Es ist Bestandteil einiger Legierungen, die etwa für Feuermelder und elektrische Sicherungen verwendet werden. In Kernreaktoren dient Cadmium als Schutzschicht und wird in Regelstäben genutzt.
Als Korrosionsschutz für Autos und Flugzeuge wird Cadmium eigentlich nicht mehr verwendet, da die Umweltverschmutzung hierdurch sehr groß war. Es kann jedoch noch immer aus verzinkten Dachrinnen und Regenrohren gelöst werden.
Als Oxid lagert sich Cadmium gerne an kleinen Aerosolpartikeln an. Es wird trotz der Verwendung von Abgasfiltern bei der Müllverbrennung freigesetzt und ist auch in Schweißdämpfen enthalten. Zudem entsteht Cadmiumstaub beim Recycling von Eisen und Stahl.
Cadmium hat eventuell in einigen Organismen eine biologische Funktion und ist möglicherweise sogar in sehr geringen Mengen für manche Organismen essentiell.
Pflanzen nehmen Cadmium mit der Bodenlösung auf. Normale lufttrockene Böden enthalten etwa 0,01-3 ppm des Elements, wobei dieser Wert in der Nähe metallverarbeitender Industrien schnell auf einige hundert ppm ansteigen kann. Die Bodenlösung enthält normalerweise 0,1-1 ppb. Die Löslichkeit von Cadmium kann jedoch bei niedrigeren pH-Werten ansteigen, woraufhin auch die Konzentration in der Bepflanzung zunimmt. Diese liegt im Normalfall bei etwa 0,03-0,5 ppm (trockenmassebezogen), kann jedoch bei kontaminierten Böden auch einige hundert ppm erreichen. Dies geschieht etwa bei der Düngung mit Klärschlamm. Das Element ist nicht biologisch abbaubar. Saurer Regen kann eine Senkung des pH-Werts bewirken, was zu einer Mobilisierung von Cadmium und anderer Schwermetalle beiträgt.
Da Cadmium vor allem an Proteine gebunden wird, kann es die Fotosynthese- und Transpirationsrate von Pflanzen erniedrigen und die Atmungsrate ansteigen lassen. Bei Cadmiumkonzentrationen ab 2,5-5 ppm ihrer Trockenmasse kann man von einer Schädigung der Pflanzen ausgehen. Ertragsminderungen treten ab etwa 10 ppm auf, die im Allgemeinen bei einem Cadmiumgehalt von 5 ppm im Boden erreicht werden. Auch Pilze können an kontaminierten Standorten hohe Konzentrationen an Cadmium enthalten. So wurden Trockenmassegehalte von bis zu 4% gemessen.
Auf aquatische Organismen hat Cadmium schnell eine wachstumshemmende Wirkung. Es reichert sich im Laufe einer Nahrungskette, sowie in einzelnen Organismen an. Die Cadmiumkonzentrationen in Küstengewässern und den oberen Wasserschichten sind auch dadurch wesentlich geringer, dass Wasserpflanzen das Element in großen Mengen aufnehmen. Dies ist wiederum von Vorteil für Fische und andere marine Lebewesen, die es dann auch an jene Orte zieht.
Die Toxizität von Cadmium und seinen Verbindungen ist sehr hoch. Eine giftige Wirkung tritt bei Süßwasserorganismen schon ab 1 ppb und bei Meerwasserlebewesen ab 7 ppm Cd2+ auf. Tödliche Konzentrationen werden häufig schon bei 2 ppb im Süßwasser und 100 ppb im Meerwasser erreicht. Ein höherer Salz- und Calciumgehalt kann die Toxizität von Cadmium deutlich verringern. Gleiches gilt für niedrige Wassertemperaturen. Süßwassergrünalgen verändern bei Aufnahme von Cadmiumchlorid die Feinstruktur ihrer Mitochondrien, wobei sie cadmiumhaltige Granula bilden. Cadmiumverbindungen im Allgemeinen gelten als stark wassergefährdend. Sie stellen nicht nur eine Gefahr für Wasserlebewesen, sondern auch für unser Trinkwasser dar. Der LC50-Wert, der angibt bei welcher Konzentration eines Stoffes im Wasser 50% einer Population sterben, liegt bei Cadmiumchlorid für Fische bei etwa 33,7 mg/L und für Wasserflöhe bei 3,1 mg/L.
Die Resorptionsrate von Cadmium bei Säugetieren ist bei Inhalation höher als bei oraler Einnahme, wo sie etwa 3% beträgt. Bei Warmblütern wird das Element zu einem großen Teil an Metallothioneine gebunden, deren Biosynthese so stimuliert wird. Es tritt in Konkurrenz mit Zink und hemmt auf diese Weise zinkabhängige Enzyme, woraufhin es zu einer verstärkten Proteinausscheidung im Urin kommt. Die akuten Vergiftungserscheinungen beruhen nämlich auf der starken Denaturierung von Proteinen durch Cadmiumionen. Ein antagonistischer Effekt besteht auch mit Kobalt und Selen. Chronische Vergiftungen mit etwa Cadmiumoxid verursachen häufig Nieren-, Lungen- und Knochenmarksschädigungen.
Der LD50-Wert, der die Dosis angibt, bei der 50% einer Population sterben, liegt bei oraler Einnahme von Cadmium durch Ratten und Kaninchen bei 150-300 mg/kg. Bei Cadmiumoxid handelt es sich um etwa 72 mg/kg bei der Ratte. Größere Mengen Cadmium können zudem eine teratogene, mutagene und wahrscheinlich karzinogene Wirkung haben.
Cadmium hat acht stabile und fünfzehn instabile und somit radioaktive Isotope.
Der Cadmiumgehalt im menschlichen Körper beträgt etwa 0,7 ppm, obwohl keine Funktion hiervon bekannt ist. Dennoch nehmen wir täglich etwa 10-1000 μg des Elements mit der Nahrung und eventuell mit Zigarettenrauch auf, wobei der Durchschnitt bei circa 25 μg liegt. 6% des mit der Nahrung aufgenommenen Cadmiums wird auch tatsächlich resorbiert. Ein geringer Anteil hiervon wird wiederum ausgeschieden, wohingegen ein größerer Teil akkumuliert werden kann. Es sollten täglich nicht mehr als 50 μg des Elements eingenommen werden, das ungefähr 30 Jahre lang im Körper verbleibt. Die Gesamtmenge an Cadmium im Körper steigt bis zum 50. Lebensjahr auf etwa 20 mg an und nimmt anschließend wieder ab. Die Resorptionsrate erhöht sich meist bei Calcium-, Eisen- und Proteinmangel.
Sehr hohe Cadmiumeinnahmen können zu Nierenschäden und schmerzhaften Knochenveränderungen, der sogenannten Itai-Itai-Krankheit, führen. Auch die Lunge kann durch Cadmium stark angegriffen werden. Die Giftigkeit des Elements und seiner Verbindungen beruht vor allem auf der Tatsache, dass Cadmium den Platz von Zink in wichtigen Verbindungen einnimmt und damit ihre Aktivität behindert. Da Zink wichtig für die Spermienproduktion ist, kann diese durch die Einnahme von Cadmium gestört werden. Außerdem tritt Cadmium in Wechselwirkung mit Eisen, wodurch vor allem bei Schwangeren Anämien ausgelöst werden können. Da die Plazenta eine wirksame Barriere darstellt, ist das Risiko auf Schädigung des Kindes im Mutterleib durch Cadmium recht gering.
Nach der Absorption wird das Element zur Leber transportiert, wo es mit dem Enzym Metallothionein reagiert, welches den Körper vorerst vor Cadmium schützt. Bei größerer Einnahme wird es jedoch weiter transportiert und bindet sich auch an andere Proteine. In den Nieren werden die höchsten Konzentrationen akkumuliert. Im Allgemeinen gilt, dass bei mehr als 200 ppm des Elements in der Nierenrinde nicht mehr genug Metallothionein zur Verfügung steht.
Reaktionen des Körpers auf Cadmium sind des weiteren Erbrechen, Bauchschmerzen und Krämpfe. Vor allem bei der Inhalation von Stäuben kommt es zu Reizerscheinungen der Luftwege, Gelbfärbung der Zahnhälse und Gewichtsabnahme.
Das Schwermetall Cadmium kann mit Hilfe von Ionenaustauschern und Sandfiltern hervorragend und auch mit Aktivkohle gut entfernt werden. Zudem ist Fällung eine Möglichkeit der Behandlung von mit Cadmium verunreinigtem Wasser. In den Trinkwassernormen der WHO wird eine maximale Cadmiumkonzentration von 0,003 mg/L empfohlen. Die EU-Trinkwasserrichtlinie erlaubt hingegen einen Gehalt von 0,005 mg/L, der auch in der deutschen Trinkwasserverordnung übernommen wurde. Quellenangaben
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