thumb|300px|Pilaantunutta maaperää entisellä kaasulaitoksella. Maaperän pilaantuminen tarkoittaa sellaista haitallisen aineiden aiheuttamaa maaperän saastumista, josta voi aiheutua haittaa tai vaaraa ihmisten terveydelle tai ympäristölle. Pilaantumisen vakavuus riippuu mm. maaperässä olevien haitta-aineiden määrästä ja pilaantuneen alueen käyttötarkoituksesta.
Pilaantuneita maa-alueita esiintyy etenkin vanhoilla teollisuus-, polttoaine- ja huoltamoalueilla sekä kaatopaikoilla. Myös erilaiset kemikaalien varastoalueet voivat sisältää pilaantunutta maa-ainesta.
Pilaantuminen ja pilaantuman leviäminen Maaperä voi pilaantua paikallisesti esimerkiksi onnettomuuden vuoksi tai hiljalleen normaalin toiminnan päästöjen takia. Maaperän prosessit vaikuttavat haitta-aineiden kulkeutumiseen ja siten pilaantumisen vakavuuteen. Haitta-aineet voivat kulkeutua maaperässä kohti pohjavettä, valuntana kohti pintavesiä tai haihtumalla. Haitta-aineet voivat myös pidättyä maaperään (sorptio), tarkemmin sanottuna orgaaniseen ainekseen tai savimineraalien pinnoille. Haitta-aineiden muuntuminen maaperässä voi olla ongelma, mutta niitä voidaan myös pyrkiä muuntamaan haitattomammiksi yhdisteiksi. Tämä on yleensä tavoitteena bioremediaatiossa.
Haitta-aineet jakautuvat maaperässä eri faaseihin: suurin osa sitoutuu maa-ainekseen ja voi pölytä tai huuhtoutua siitä. Osa liukenee maaperän huokosissa olevaan veteen ja osa huokoskaasuun. Tietyt nestemäiset kemikaalit jäävät liukenemattomaan faasiin (NAPL), josta ne voivat edelleen muuttua kulkeutuvaksi vapaaksi faasiksi.
Haitta-aineen esiintymismuoto vaikuttaa suuresti sen käyttäytymiseen maaperässä. Käyttäytymiseen vaikuttavat mm: pidättyminen (sorptio) liukenemisen taso (leaching) metylaatio metalleilla ja radionuklideilla hajoamisen taso (degradation) orgaanisilla yhdisteilläKnox et al. 1999: 54-55
Piste- ja hajalähteet Maaperän pilaantumisen reitit vaihtelevat, mutta ne voidaan luokitella piste- ja hajalähteiksi. Pistelähteitä ovat esimerkiksi teollisuuden laskuputket sekä käsittelemättömän huleveden ja jätevedenpuhdistamoiden purkuputket. Myös onnettomuuden aiheuttamat kemikaalivuodot esimerkiksi laivoilla tai pintaveden lähellä katsotaan pistelähteiksi, sillä niissä päästön määrä ja sijainti voidaan usein kuvata tarkasti.
Pilaantumisen hajalähteitä on vaikeampi mitata, sillä usein alueet ovat suuria tai ne koostuvat useista pistelähteistä. Esimerkkejä tällaisista lähteistä ovat torjunta-aineiden ja lannoitteiden valumavedet viljelypelloilta ja autojen pakokaasupäästöt.
Pilaantumisen reitit myös vaihtelevat pitkälti haitta-aineen tyypin mukaan. Raskasmetalleja leviää sekä piste- että hajalähteistä, kun taas radionuklidien saastuttamat maaperät ovat yleensä saastuneet pistelähteistä – tosin äärimmäisissä olosuhteissa kuten Tšernobylin ydinvoimalaonnettomuuden seurauksena radionuklidit voivat tulla hajalähteestä. Orgaaniset yhdisteet ovat pääasiassa peräisin pistelähteistä. Tällaisesta esimerkki on rasvanpoistoon käytettävä trikloorietyleeni (TCE), jota on levinnyt varo- ja jätealtaista ja joka on pilannut laajalti pohjavesiesiintymiä Yhdysvalloissa.
Maaperää pilaavat aineet Seuraavassa on esitelty tyypillisiä haitta-aineita pääosin maaperän pilaantumisen näkökulmasta. Ympäristöön joutuvien myrkkyjen ja niiden ekosysteemivaikutusten tutkiminen on ekotoksikologian tutkimusalaa.
Metallit ja puolimetallit Arseeni thumb|Arseenijäämiä on mm. lannassa. Arseeni esiintyy monissa muodoissa ja hapetusasteissa. Sen luonnollisia lähteitä ovat mm. maaperän rapautuminen, tulivuorenpurkaukset ja metsäpalot. Ihmisen aiheuttamia arseenilähteitä ovat: fossiilisten polttoaineiden poltto jätteenpoltto metallien valmistus: rauta (teräs), kupari, lyijy-sinkki kullankaivu ja sulatus
Arseeniyhdisteiden myrkyllisyys teki niiden käytöstä houkuttelevaa maatalouden sovelluksissa. Ennen DDT:n ja muiden orgaanisten hyönteismyrkkyjen keksimistä 1940-luvulla arseenin epäorgaaniset yhdisteet olivat merkittävimpiä markkinoilla olleita hyönteismyrkkyjä.Knox et al. 1999: 56-57
Nykyisin arseeniyhdisteitä käytetään mm. kanan, kalkkunan ja sian rehussa, mistä seuraa arseenijäämiä lannassa. Hyönteismyrkkyjen ja lannan arseeni voi pilata maaperän ja pohjaveden pitkäksi aikaa. Hiiltä poltettaessa siinä oleva arseeni höyrystyy ja voi tiivistyä lentotuhkaan; niinpä tulee huolehtia siitä, että tuhkia ei sijoiteta esimerkiksi pohjavesialueille.
Kroonisen altistumisen arseenin epäorgaanisille muodoille on todettu aiheuttavan monentyyppisiä syöpiä, mm. keuhkosyöpää ja ihosyöpää. Kromi Suurin osa luonnossa esiintyvästä kromista on kolmenarvoista, kun taas kuudenarvoinen kromi on valtaosaltaan peräisin teollisesta toiminnasta. Kromia käytetään metalliteollisuudessa lämpökestävän teräksen ja kankiraudan valmistuksessa. Kromi(VI)-yhdisteitä käytetään pääasiassa metallien pinnoituksessa kromihappona, väriaineissa, maalipigmenteissä ja nahan parkitsemisessa. Maaperän pilaantuminen kromin vuoksi johtuu usein kromipitoisten nesteiden, lietteen tai kiinteän jätteen hylkäämisestä maastoon.Knox et al. 1999: 57-58
Kolmenarvoinen kromi on ihmiselle välttämätön esimerkiksi rasvan ja proteiinin hyödyntämisessä, mutta kuudenarvoisen kromin on havaittu aiheuttavan terveyshaittoja kuten keuhkosyöpää. Syöpä on lisääntynyt työntekijöillä, jotka ovat altistuneet pitkän aikaa suurelle määrälle kromia(VI) hengitysilman kautta. Mm. IARC on määritellyt kromin(VI) karsinogeeniseksi ihmiselle.
Elohopea
Elohopeaa pidetään eräänä pahimmista luonnon haitta-aineista, koska se kerääntyy vesiekosysteemeihin. Laskeuma ilmakehästä on elohopean pääasiallinen lähde maa- ja vesiekosysteemeissä, ja sitä leviää ilmakehään luonnostaan maakaasujen mukana. Etenkin tulivuorenpurkausten ja metsäpalojen myötä ilmakehään leviää merkittävä määrä maakaasuja ja hiukkasia, mukaan lukien elohopeaa. Tavallisempi elohopean lähde on orgaanisen aineksen hajoamisessa syntyvät kaasutKnox et al. 1999: 58-60
Elohopeaa on perinteisesti käytetty fungisideissä (sienitauteja ehkäisevät kemikaalit), paperinvalkaisussa, kullan amalgamoinnissa ja tieteellisten ja lääketieteen apuvälineiden valmistuksessa. Elohopean pistelähteitä ovat päästöt mm. natriumhydroksidin ja kloorin valmistuksessa, metallientuotannossa, jätteenkäsittelyssä ja erilaisissa polttolaitoksissa. Etenkin kaatopaikat, metalliteollisuuden kuonat ja laboratorioiden jätteet ovat tyypillisiä elohopean hajakuormituksen lähteitä.
Elohopean on todettu aiheuttavan mm. kehityshäiriöitä sikiöillä ja tuntohäiriöitä aikuisilla. Eläimillä se aiheuttaa lisääntymishäiriöitä.
Kadmium, lyijy ja sinkki thumb|Valokaariuunin pölyt ovat kadmiumpitoisia. Kadmiumia, lyijyä ja sinkkiä löytyy usein yhdessä malmiesiintymissä. Metalleilla on kuitenkin erilaiset biologiset vaikutukset. Sinkki on tärkeä hivenaine, mutta kadmiumilla ja lyijyllä ei ole tunnettuja biologisia tehtäviä ja ne voivat aiheuttaa merkittäviä ympäristöriskejä.Knox et al. 1999: 62-64
Kadmiumin tyypillisiä maaperää pilaavia lähteitä ovat metallien pinnoitusprosessit ja kadmiumpitoiset jätteet: Ni-Cd -paristot, Cd-pinnoitettu teräs ja valokaariuunin pöly. Sinkki on melko tavallinen maaperän metalli, ja sitä käytetään galvanoinnissa ja elektrogalvanoinnissa. Sinkillä pilaantuneista maaperistä löytyykin usein muitakin metalleja.
Kaiken kaikkiaan kadmiumin, lyijyn ja sinkin pääasiallisia antropogeenisiä (ihmisestä peräisin olevia) lähteitä ovat kaivos- ja sulattamotoiminta sekä jätevesilietteiden levittäminen maataloudessa. Lyijyä on paljon myös ampumaradoilla, sillä etenkin haulikon patruunat sisältävät paljon lyijyä.
thumb|left|Ydinaseiden testausta Nevadan testialueella 1962.
Radionuklidit Monilla maaperässä havaituilla radionuklideilla on pitkä puoliintumisaika ja ne voivat kerääntyä eliöihin. Tyypillisiä antropogeenisiä lähteitä ovat ydinaseiden testaus, voimalaitosonnettomuudet ja ydinjätteen kuljetuksessa tapahtuneet onnettomuudet. Myös reaktoreiden säiliöaltaat ja jäähdytysvedet voivat vuotaa.Knox et al. 1999: 64-65
Radionuklidit aiheuttavat huolta säteilyaltistuksen vuoksi, esimerkiksi Tšernobylin ydinvoimalaonnettomuuden vuoksi laajoja viljelyalueita Venäjällä, Valkovenäjällä ja Ukrainassa hylättiin. Radionuklidien pienempiä lähteitä ovat hiilen lentotuhka ja sementin valmistus.
Typpi
Typen ihmisen aiheuttama päälähde on lannoitteet. Typpi on nykyisin olennainen osa maanviljelystä, mutta samalla pinta- ja pohjavedet ovat joillakin alueilla pilaantuneet pahasti. Runsas nitraatin (NO3-) saanti aiheuttaa lapsilla methemoglobinemiaa nitraatin muuntuessa suolistossa nitriitiksi.Knox et al. 1999: 65-66
Nitraatit ja nitriitit edistävät nitrosoamiinien muodostumista ruoansulatuskanavassa, mikä saattaa edistää ruoansulatuskanavan syöpiä. Jotkin tutkimukset osoittavat niiden lisäävän mm. kehityshäiriöitä ja sepelvaltimotautia sekä lisäävän Non-Hodgkinin lymfooman riskiä. Toisaalta typen eri muodot aiheuttavat terveysriskejä lisäämällä myrkyllisten levien kasvua vesistöissä. Tutkimuksissa on myös havaittu, että ravinteikkaassa vedessä on enemmän hyttysten toukkia; tästä saattaa seurata, että hyttysten välittämät taudit kuten malaria leviävät enemmän.
Orgaaniset yhdisteet Orgaanisten haitta-aineiden luokat ja lähteetKnox et al. 1999: 68-69 Yhdisteen luokka Esimerkkiyhdisteitä Lähde Polyaromaattiset hiilivedyt (PAH) naftaleeni, fenantreeni hiilen, öljyn ja puun polttoasfaltti, kreosoottihiiliterva Nitroaromaattiset TNT, HMX sotilaskäyttö, räjäytysalueetbakterisiditpestisidit Fenolit, aniliinit PCP puunsuoja-aineetbiosiditväriaineiden jätevedetfenyyliamiini-herbisidit Halogenoidut aromaattiset PCB, klooratut pestisidit (aldriini,dieldriini, endriini),DDT (DDD, DDE), dioksiinit pestisidien levitysyhdyskunta- ja sairaalajätteen polttometsäpalot ja tulivuorenpurkauksetongelma- ja puhdistamolietteen poltto Halogenoidut alifaattiset metyylikloridi, kloroformi,vinyylikloridi, TCE, PCE rasvanpoistoliuottimetentiset kuivapesulatmuovien valmistus Pestisidit alakloori, aldikarbi, karbofuraani, fenoproppi maanviljelystuholaisten torjunta asunnoissa ja teollisuudessa Maaöljy jalostettu ja raakaöljy, moottoriöljy öljyntorjunta ja jalostusteollisuus moottoriajoneuvot öljytankkerit, putket ja muut siirtotavat teollisuus
Luonnossa esiintyy satoja erityyppisiä orgaanisia yhdisteitä. Näistä jotkut ovat antropogeenisiä, mutta monet esiintyvät siellä tavallisestikin. Yhdisteiden alkuperästä huolimatta ne voivat olla suurina pitoisuuksina myrkyllisiä kasveille ja eläimille.Knox et al. 1999: 66-67
Myös orgaanisten yhdisteiden hajoaminen on ongelma: hajotessaan ne tuottavat vielä suuremman määrän erilaisia yhdisteitä. Hajoamistuotteet ovat usein vähemmän vaarallisia kuin lähtötuotteet, mutta ne voivat olla myös lähtötuotteita vaarallisempia.
Esimerkiksi TCE hajoaa luonnossa useiksi trikloorietyleenin isomeereiksi, jotka voivat taas hajota vinyylikloridiksi. Vinyylikloridi voi hajota joko hiilidioksidiksi tai metaaniksi riippuen maaperän olosuhteista. Vinyylikloridi on noin sata kertaa TCE:tä myrkyllisempää, kun taas hiilidioksidi on paljon vähemmän myrkyllistä. Orgaanisen yhdisteen rakenne ja sen suhteellinen myrkyllisyys tietyssä järjestelmässä voi siis vaihdella suurestikin ajan mittaan. Orgaanisten yhdisteiden aiheuttaman pilaantuman terveysriskejä on tämän vuoksi vaikeampi arvioida.
PAH ja heterosykliset aromaattiset yhdisteet
Sekä PAH-yhdisteitä että heteroaromaattisia yhdisteitä esiintyy ympäristössä luonnostaan. Niitä muodostuu orgaanisen aineksen, kuten hiilen öljyn tai puun palamisessa. PAH-yhdisteitä käytetään myös ainesosina voiteluöljyissä ja öljytuotteissa kuten asfaltissa ja kreosootissa. Ympäristön PAH-tasoja nostaakin antropogeenisesti mm. fossiilisten polttoaineiden poltto, hiilen kaasutus ja asfaltin tuotanto. Ilmakehään vapautuneet PAH:t laskeutuvat maan pinnalle märkä- ja kuivalaskeumana.Knox et al. 1999: 67, 70