Süßwassermuscheln sind in Flussbetten eingegraben und bewegen sich während ihres jahrzehntelangen Lebens kaum. Laut Forschern der Penn State University sind sie Biomonitore, das heißt, sie zeigen an, wie sauber ihre Umwelt ist. Während sich die Muscheln von organischer Materie ernähren und das Wasser um sie herum filtern, beginnen ihre inneren Gewebe und harten Schalen alles zu reflektieren, was sich in ihrer Umgebung befindet – einschließlich radioaktiver Partikel.
Zwei Forscher der Fakultät für Bau- und Umweltingenieurwesen (CEE) der Pennsylvania State University analysierten die Zusammensetzung von Muscheln unterhalb einer zentralen Kläranlage in West-Pennsylvania, die mindestens zwei Jahrzehnte lang Fracking-Abwasser der Öl- und Gasindustrie aufgenommen und behandelt hatte. Die inzwischen stillgelegte Anlage nahm 2019 keine Abwässer mehr aus der Öl- und Gasindustrie auf.
Die Forscher stellten fest, dass das Gewebe und die Schalen der Muscheln noch Jahre später Radium enthielten, das auf Abwasser aus Fracking im Marcellus Shale zurückzuführen war. Die Felsformation erstreckt sich unterirdisch von West Virginia bis nach New York und ist das größte Erdgasfeld des Landes. Ihre Ergebnisse sind jetzt online verfügbar und werden in der Juni-Ausgabe von erscheinen Wissenschaft der gesamten Umwelt.
Obwohl die meisten Anlagen in Pennsylvania derzeit kein aus Öl und Gas gewonnenes Wasser aufnehmen, flossen in Pennsylvanias Flüsse und Bäche von 2008 bis 2011 erhebliche Mengen an aufbereitetem Abwasser, das aus Fracking im Marcellus-Schiefer stammte. Kläranlagen entfernen laut Forschern wichtige Schadstoffe, darunter Radium, bevor sie das Wasser in Oberflächengewässer wie Flüsse einleiten. Das aufbereitete Wasser enthält jedoch immer noch Spuren von Schadstoffen und ist fünf- bis zehnmal salziger als Meerwasser.
„Da das abgelassene Wasser einen viel höheren Salzgehalt als die Umgebung aufweist, hat es einen anderen chemischen Fingerabdruck als das, was die Muscheln gewohnt sind“, sagte Nathaniel Warner, Professor für CEE und korrespondierender Autor des Artikels. „Muscheln, die den Wasserabflüssen am nächsten waren, starben. Weiter flussabwärts fanden die Muscheln einen Weg, den Salzgehalt und die radioaktiven Stoffe zu ertragen, und absorbierten sie stattdessen in ihre Schalen und Gewebe.“
Er erklärte, dass andere Arten von Abwasser im Allgemeinen nicht viele radioaktive Partikel enthalten, aber Öl- und Gasabwässer, die tief in der Erde gefunden und durch Fracking an die Oberfläche gebracht wurden, enthalten oft spezifische, einzigartige Elementverhältnisse – eine Art Signatur, die zurückverfolgt werden kann. Die einzigartigen Verhältnisse der radioaktiven Elemente ermöglichten es dem Team, festzustellen, dass die Quelle der Schadstoffe wahrscheinlich das behandelte Abwasser aus dem Marcellus-Schiefer ist.
Um die Proben für die Radiumanalyse zu sammeln, kontaktierte Katharina Pankratz, Doktorandin in CEE und Erstautorin des Artikels, das Pennsylvania Department of Environmental Protection (DEP), um eine Genehmigung zur Muschelprobenentnahme im Allegheny River zu erhalten. Die Biologen des DEP boten ihre Hilfe bei der Probenentnahme an, identifizierten die vorhandenen Arten und sammelten dann nach dem Zufallsprinzip 10 Ährenmuscheln – eine häufig vorkommende Muschelart – an vier bestimmten Stellen entlang des Flusses.
Die Forscher stellten fest, dass Muscheln einen halben Kilometer flussabwärts von einer Einleitungsstelle etwa doppelt so viel Radium aufwiesen wie Muscheln flussaufwärts von der Einleitungsstelle. Und Muscheln fünf Kilometer flussabwärts von einer Einleitungsstelle hatten weniger Radium als Muscheln näher an der Stelle, aber immer noch eine messbare Menge an Radium.
Die Strahlenbelastung wird in Dosiseinheiten gemessen, die als Mikrosievert (µSv) bezeichnet werden. Die Forscher verglichen die Radioaktivität der beprobten östlichen Ährenmuscheln mit der von Paranüssen, die Strahlung aus dem Boden aufnehmen, in dem sie wachsen. Eine 28-Gramm-Portion Paranüsse enthält 0,47 bis 0,80 µSv, während der Höchstwert, der für eine einzelne Muschel berechnet wurde, die von den Forschern im Rahmen der Studie gesammelt wurde, 63,42 µSv betrug. Die Internationale Atomenergiebehörde empfiehlt, dass Einzelpersonen ihre jährliche Belastung auf nicht mehr als 1.000 μSv begrenzen. Jede höhere Belastung kann zu gesundheitlichen Problemen führen.
„Neben Nährstoffen filtern Muscheln auch Schadstoffe aus der Wassersäule, wie Metalle, Mikroplastik, synthetische chemische Verbindungen und andere Schadstoffe, die Anlass zur Sorge geben“, sagte Pankratz. „Je nach Schadstoff und chemischer Zusammensetzung kann er sich, wenn er klein genug ist, um durch die Kiemen der Muschel zu gelangen, in ihrem Gewebe ansammeln oder sich in der harten Schalenstruktur absetzen.“
Obwohl diese Muscheln nicht für den menschlichen Verzehr geerntet werden, fressen größere Arten wie Wasservögel, Waschbären, Bisamratten und Otter regelmäßig Süßwassermuscheln, was bedeutet, dass die Verunreinigung über die Nahrungskette nach oben gelangen könnte, sagte Pankratz.
„Es gibt Anlass zur Sorge über mögliche Auswirkungen auf andere Wasserlebewesen, insbesondere auf gefährdete Arten, die anfälliger für Schadstoffe sind“, sagte sie. „Diese Informationen können dazu beitragen, künftige Vorschriften für die Abwasserentsorgung in Oberflächengewässer zu gestalten, insbesondere in Regionen, in denen Muscheln als Nahrungsmittel geerntet werden. Ich hoffe, dass diese Studie weitere Forschungen zu den ökologischen Folgen dieser Entsorgungen weltweit anregen wird.“
Mehr Informationen:
Katharina Pankratz et al., Radioaktivität aus Öl- und Gasproduktionswasser, angereichert in Süßwassermuscheln, Wissenschaft der Gesamtumwelt (2024). DOI: 10.1016/j.scitotenv.2024.172151