Gesundheitliche Wirkungen sowie Wirkungen von Schwermetallen in terrestrischen Ökosystemen werden unter den jeweiligen Überschriften am Ende des Artikels beschrieben.
Die Critical Loads zum Schutz der Trinkwasserqualität basieren auf der Annahme, dass das Sickerwasser unterhalb der Wurzelzone höchstens Schwermetallkonzentrationen entsprechend der WHO-Trinkwasser-Empfehlung aufweisen darf. Die Sickerwasserrate wird also mit dem der kritischen Konzentration nach WHO multipliziert. Der Austrag mit der Biomasseernte wird aus den Erntemengen multipliziert mit durchschnittlichen Schwermetallgehalten (unbelastete Gebiete) berechnet. Die Höhe der Critical Loads wird vorrangig durch die klimatisch bedingte Höhe der Sickerwasserrate bestimmt. Die Critical Loads-Karten weisen deshalb für alle drei Metalle ein sehr ähnliches räumliches Muster auf, weshalb wir hier nur die Karte für Pb präsentieren.
Critical Loads zum Schutz der Nahrungsmittelqualität werden bisher nur für Cd berechnet, Beim Cadmium wurde der Nahrungsweizen (Korn) als diejenige Feldfrucht identifiziert, bei der ein erhöhter atmosphärischer Eintrag am ehesten großflächig zu erhöhten Cd-Gehalten führt. Der hier verwendete wirkungsbasierte kritische Cd-Gehalt beträgt 0,1 mg kg-1 Frischgewicht. Das ist die Hälfte des EU-Grenzwertes (der Kommission vom 19. Dezember 2006 zur Festsetzung der Höchstgehalte für bestimmte Kontaminanten in Lebensmitteln), der nicht strikt wirkungsbasiert abgeleitet ist, sondern sich an niedrigen, aber allgemein erreichbaren Werten orientiert. Untersuchungen haben gezeigt, dass bei Berechnung der Critical Loads nach dieser Methodik der Schutz der Qualität auch anderer landwirtschaftlicher Nutzpflanzen hinsichtlich des Cd-Gehaltes gewährleistet ist. Die Critical Loads (Cd) zum Schutz der Nahrungsmittelqualität sind insgesamt empfindlicher als die Critical Loads für den Trinkwasserschutz. Sie weisen nur eine geringe Schwankungsbreite und räumliche Differenzierung auf, so dass auf eine Kartendarstellung hier verzichtet wird.
Kritische Belastungsgrenzwerte (Critical Loads) zum Schutz von Ökosystemen wurden für landwirtschaftliche sowie naturnahe Ökosysteme berechnet. Bei dieser Berechnung entspricht der Austrag mit der Biomasseernte den für die Critical Loads (Trinkwasserschutz) ermittelten Frachten. Die kritischen Austragsraten mit dem Sickerwasser werden anhand von wirkungsbasierten, ökosystemspezifischen kritischen Konzentrationen (Critical Limits) für das Sickerwasser berechnet. Ausgangspunkt sind Ergebnisse aus Wirkungstests mit in den oberen Bodenschichten lebenden Organismen (Wirbellose, Pflanzen, Mikroorganismen), die nach anerkannten Methoden durchgeführt und dokumentiert wurden. Die Critical Limits für Pb, Cd, Ni, Cu, Zn werden in Abhängigkeit vom pH-Wert, dem Gehalt an organischer Substanz, der Konzentration gelösten organischen Kohlenstoffs (DOC) sowie dem Partialdruck von Kohlenstoffdioxid im Bodenwasser berechnet. Für die Metalle Cr und As liegen dagegen nur pauschal festgelegte Critical Limits ohne Abhängigkeit von Bodeneigenschaften vor.
In Deutschland wurden die Critical Loads für Hg (Ökosystemschutz) nur für Waldböden ermittelt, weil bisher nur für diese der Critical Loads-Methodik entsprechende Critical Limits existieren. Bei Hg spielt die enge Bindung dieses Metalls an die organische Substanz die entscheidende Rolle. Feste sowie gelöste organische Substanz des Humus ist hauptverantwortlich für Speicherung bzw. Transport des Hg in Böden, weshalb die Critical Limits allein in Abhängigkeit von der Konzentration von im Bodenwasser gelöstem Kohlenstoff (dissolved organic carbon, DOC) abgeleitet werden. Die auf den Ökosystemschutz bezogenen Critical Loads für Hg liegen ausnahmslos unter 1 g ha-1 a-1 und sind damit sehr viel niedriger als die Critical Loads (Hg) zum Trinkwasserschutz.
Wirkungen auf Pflanzen und Bodenlebewesen gehen insbesondere von im Bodenwasser gelösten Fraktionen der Schwermetalle aus. Anders als bei Critical Loads für Säure oder Eutrophierung sind kritische Konzentrationen von Schwermetallen im Bodenwasser (Critical Limits) heute auf großen Flächen in Deutschland noch nicht erreicht. Das kann auch auf Regionen zutreffen, in denen die Schwermetalleinträge in die Ökosysteme die Critical Loads überschreiten. Die Böden haben zum Teil ein hohes Bindungsvermögen für Schwermetalle. Je nach Metall, Höhe der Einträge und Bodenbedingungen führen Modellrechnungen zu Zeiträumen von mehreren Jahrzehnten, Jahrhunderten oder sogar Jahrtausenden, bis sich zwischen den gebundenen und gelösten (und damit wirkungsrelevanten) Schwermetallen im Boden ein Gleichgewicht in Höhe der Critical Limits einstellt. Das bedeutet einerseits, dass in Böden, die heute Konzentrationen unterhalb der Critical Limits aufweisen, möglicherweise erst nach sehr langen Belastungszeiträumen schädliche Wirkungen auftreten (z. B., Wachstumsstörungen, Reproduktionsstörungen, verminderte Individuenanzahlen, veränderte mikrobiologische Prozesse, mehr zu Wirkungen am Ende des Artikels). Andererseits ist zu beachten, dass großflächig in Böden aufgebaute Schwermetallvorräte nicht mehr durch vom Aufwand her verhältnismäßige Sanierungsmaßnahmen entfernt werden können. Deshalb müssen zu hohe Einträge unbedingt vorsorgend vermieden werden. Außerdem können die gebundenen Schwermetalle durch die Veränderung bodenchemischer oder –physikalischer Bedingungen, z. B durch Mineralisation der organischen Substanz nach Entwaldung, durch Versauerung oder durch Wurzelausscheidungen von Pflanzen auch kurzfristig mobilisiert und dann entweder in Bodenlebewesen oder Pflanzen aufgenommen oder ins Grundwasser ausgetragen werden und dort schädliche Wirkungen entfalten.
