Unkrautbekämpfung mit Feldspritze, Nahaufnahme vom Sprühnebel
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Veröffentlichung in Nature Water

Gewässerverschmutzung auf der Spur

  • von Juliana Fischer
  • 06.03.2024

Medikamentenrückstände, Glyphosat auf den Äckern oder Chemikalien, die aus Deponien ins Grundwasser sickern: all diese Szenarien bedrohen eine sichere Wasserversorgung. Wie die Verschmutzungen mittels substanzspezifischer Isotopenanalyse aufgedeckt und anschließend besser beseitigt werden können, hat ein internationales Forschungsteam mit Beteiligung von Wissenschaftler:innen der Universität Duisburg-Essen zusammengefasst. Die Ergebnisse wurden in Nature Water veröffentlicht. Die Projektleitung hatten die TU München und die EAWAG aus der Schweiz inne.

Stabile Isotope sind nicht nur bei der Dopinganalytik äußerst nützlich, sie spielen auch eine entscheidende Rolle bei der Identifikation von Umweltverschmutzungen. Isotopen sind Variationen eines chemischen Elements mit unterschiedlicher Anzahl der Neutronen im Kern. Durch die Analyse der Isotop-Zusammensetzung können Forschende nicht nur teils Jahrzehnte zurückliegende Ursprünge von Schadstoffen in der Umwelt feststellen, sondern auch beurteilen, welche Prozesse die Stoffe verändert haben.  

Im Artikel empfehlen die Autor:innen die sogenannte substanzspezifische Isotopenanalyse in drei prototypischen Szenarien der Gewässerverschmutzung. Diese umfassen (1) Punktquellenverschmutzung von Grundwasser (2) diffuse Verschmutzung von Böden und Oberflächengewässern durch Pestizide (3) Reduzierung von Arzneimitteln und Desinfektionsnebenprodukten in Wasseraufbereitungssystemen. „Analysiert wird bei dieser Methode das Isotopenverhältnis von Elementen, meist Kohlenstoff, in einzelnen Verbindungen, die aus komplexen Umweltgemischen extrahiert werden“ erklärt Prof. Dr. Torsten C. Schmidt von der Universität Duisburg-Essen (UDE).

„Bei punktuellen Gewässerverschmutzungen, beispielsweise durch Jahrzehnte zurückliegende Unfälle, bei denen Wasser-, Boden- und Sedimentproben oft schwer zu entnehmen sind, ermöglicht die Isotopenanalyse, Quellen von Kontaminationen zu identifizieren sowie die relevanten (bio)degradativen Prozesse in einem komplexen Untergrund aufzuzeigen“, so Laborleiter Dr. Maik A. Jochmann (UDE). Auch diffuse Verschmutzungen in der Landwirtschaft kann die Methode zuverlässig bewerten. Denn auf Äckern ausgebrachte Pestizide werden häufig durch Niederschlag und Bewässerung in ihrer Konzentration verändert, weshalb eine Analyse der Schadstoffkonzentration keine belastbare Aussage zum Abbau liefert. „Unsere kombinierte Analyse der Isotopenzusammensetzung von Pestiziden und ihren Transformationsprodukten hingegen ermöglicht eine genaue Bewertung.“

Schmidts Fazit: „Die Untersuchungen und Beispielszenarien zeigen, dass die substanzabhängige Isotopenanalyse dort präzise Daten liefert, wo andere Methoden an ihre Grenzen kommen. Daher empfehlen wir die Methode nicht nur für die Umweltchemie, sondern auch bei der Zulassung und Risikobewertung von Chemikalien.“

Weitere Informationen

Zur Publikation: https://www.nature.com/articles/s44221-023-00176-4

Prof. Dr. Torsten C. Schmidt, Fakultät für Chemie, Tel. 0201 183 6774, torsten.schmidt@uni-due.de

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