An den New Yorker Finger Lakes entsteht gelegentlich ein merkwürdiges Phänomen: weißer Schaum, manchmal in kilometerlangen Schwaden, fast so, als würde eine riesige Waschmaschine ins Wasser entleert.
„In diesen Seen kommt es erst seit weniger als zehn Jahren zu Algenblüten; das ist ein ganz neues Problem“, sagte Richard W. Smith, Gründer von Global Aquatic Research mit Sitz in Sodus.
Smith und ihre Kollegin Stella C. Woodard sind beide angegliederte Fakultäten der Abteilung für Geowissenschaften der Binghamton University. Nachdem schaumiger weißer Schaum auf dem Canandaigua-See aufgetaucht war, beauftragte die Canandaigua Lake Watershed Association (CLWA) ihr Umweltberatungsunternehmen mit der Untersuchung des Schaums und seines Zusammenhangs mit Algenblüten.
Bisher führten sie ihre Forschung nach Canandaigua und später nach Skaneateles, einem der saubersten Seen des Landes. Wie viele der Finger Lakes sind sie tief und enthalten nur wenige Nährstoffe, die normalerweise die Algenblüte befeuern.
„Das ist etwas, was wir von sauberen Seen nicht gewohnt sind“, sagte Smith. „Dies ist eine wirklich hochwertige Wasserquelle, die die Stadt Canandaigua und die umliegenden Gemeinden mit Trinkwasser versorgt. Der Skaneateles-See liefert das Trinkwasser für Syrakus.“
Sie begannen mit der Probenahme des Schaums und der Untersuchung seiner chemischen Zusammensetzung. Es stellt sich heraus, dass Algen eine zuckerreiche Substanz bilden, die im obersten Millimeter des Wassers landet, der sogenannten Oberflächenmikroschicht. Dort interagiert das schleimartige Material mit anderen Materialien – typischerweise Schadstoffen, darunter Per- und Polyfluoralkylsubstanzen (PFAS), polychlorierte Biphenyle (PCB), Schwermetalle und organische Toxine.
„Es gibt viele Verbindungen, die in Wasser nicht sehr löslich sind und direkt an der Luft-Wasser-Grenzfläche landen. Wenn Luft in der Oberflächenmikroschicht eingeschlossen wird, ist die Chemie dieser oberen Schicht genau richtig für die Schaumbildung.“ sagte Smith.
Der Schaum bildet sich in der Mitte des Sees und bläst am Ufer entlang, wobei er unterwegs oberflächenaktive Verbindungen aufnimmt. Sobald der Schaum an der Küste angekommen ist, kann er tagelang stehen bleiben, bis er durch Regen, Wind oder Wellen aufgelöst wird.
Während die Algenzellen im Schaum eingeschlossen werden, sind die vom Menschen produzierten Verbindungen besorgniserregender; Einige, wie zum Beispiel PFAS, werden als „ewige Chemikalien“ bezeichnet, da sie in der Natur nicht abgebaut werden.
Mögliche Risiken
Smith und Woodard analysierten den Schaum auf PFAS. Bürgerwissenschaftler, die mit CLWA zusammenarbeiten, berichteten über Schaum, der am Canandaigua-See beobachtet wurde, was es Smith und Woodard ermöglichte, zu reagieren und an drei Standorten Proben zu entnehmen.
PFAS bestehen aus Kohlenstoffketten, die mit Fluoratomen durchsetzt sind. Während Forscher normalerweise nur nach ein paar Dutzend suchen, gibt es Tausende potenzieller Verbindungen, die in der Industrie eingesetzt werden. Wenn Regulierungsbehörden die Verwendung einiger Verbindungen einschränken, werden häufig andere mit einer etwas anderen Struktur an ihre Stelle gesetzt.
Die für ihre Antihaft- und wasserabweisenden Eigenschaften bekannten Chemikalien sind im modernen Leben allgegenwärtig: zum Beschichten von Pfannen und Regenmänteln, in Sonnenschutzmitteln gemischt und – nicht zufällig – ein wichtiger Bestandteil des Löschschaums, der zur Bekämpfung von Treibstoffbränden an Flughäfen verwendet wird.
Smith und Woodard testeten 30 bekannte Verbindungen; 18 wurden in den Schaumproben gefunden. Nur wenige fallen unter die aktuellen Trinkwasservorschriften der Environmental Protection Agency.
Die gute Nachricht: Das Seewasser selbst weist mit 5,4 Teilen pro Billion eine sehr geringe Konzentration auf. Das Wasser im Schaum ist jedoch eine andere Sache: Es ist mehr als 70-mal so viel vorhanden und liegt bei 381 bis 387 Teilen pro Billion.
Das ist wahrscheinlich nicht hoch genug, um den Schaum zu erzeugen, aber die Forscher fragen sich, ob PFAS eine Rolle bei der Schaumstabilisierung spielen. Für die nächste Phase ihres Projekts werden sie Wasserproben zum Assistenzprofessor für Systemwissenschaft und Wirtschaftsingenieurwesen der Binghamton University, Yuxin Wang, bringen und die Konzentration von PFAS in der Oberflächenmikroschicht messen. Ziel ist es, die Konzentration der Chemikalien vor der Schaumbildung zu bestimmen, da der Schaum selbst zu 90 % aus Luft und zu 10 % aus Wasser besteht.
Anschließend werden sie untersuchen, wie diese Chemikalien in die Oberflächenmikroschicht gelangen. Zum Beispiel: Werden sie von lokalen Bächen getragen, aus der Luft abgelagert oder aus Seesedimenten aufgewirbelt? Wenn Bäche und Flüsse sie transportieren, welche und in welcher Konzentration?
Laut EPA werden PFAS seit den 1940er Jahren in der Industrie und in kommerziellen Produkten verwendet und sind heute in der Umwelt auf der ganzen Erde zu finden und können sich im Laufe der Zeit im Körper ansammeln. Ihre gesundheitlichen Auswirkungen werden noch untersucht, aber die Forschung hat ergeben, dass die Verbindungen ein erhöhtes Krebs- und Fettleibigkeitsrisiko, eine verminderte Immunität und Fruchtbarkeit sowie Entwicklungsverzögerungen bei Kindern verursachen.
„Es ist nicht so überraschend, dass man sie in höheren Konzentrationen im Schaum findet. Das ist einer der Gründe, warum wir sehen wollten, wie viel PFAS darin enthalten ist, denn dieser Schaum weht an die Küsten der Menschen“, sagte Woodard. „Haustiere und Kinder könnten darin spielen oder durchwaten.“