Kartierung chemischer Fußabdrücke in europäischen Bächen

Viele Pestizide, Industriechemikalien und Pharmazeutika sowie deren Abbauprodukte gelangen nach der Verwendung in Bäche und Flüsse.

Ein Team von Umweltchemikern am UFZ hat daher 610 Chemikalien mit bekannten Vorkommensmustern oder problematischen Wirkungen genauer unter die Lupe genommen und analysiert, ob und in welchen Konzentrationen sie in europäischen Fließgewässern – von großen Flüssen wie Elbe, Donau und Rhein bis hin – vorkommen vom Ebro und Tejo auf der Iberischen Halbinsel bis hin zu kleineren Bächen in Agrarregionen Deutschlands.

Nach der Analyse von 445 Proben aus 22 Flüssen entdeckten die Forscher 504 der 610 Chemikalien. Sie fanden 229 Pestizide und Biozide und 175 pharmazeutische Chemikalien sowie Tenside, Kunststoff- und Gummizusätze, Per- und Polyfluoralkylsubstanzen (PFAS) und Korrosionsinhibitoren.

In 40 % der Proben fanden sie bis zu 50 chemische Substanzen und in weiteren 41 % 51–100 Chemikalien. In vier Proben konnten sie sogar mehr als 200 organische Mikroschadstoffe nachweisen. Die meisten Stoffe – 241 Chemikalien – fanden sie in einer Wasserprobe aus der Donau.

In den Proben fanden die Umweltchemiker am häufigsten N-Acetyl-4-aminoantpyrin, ein Abbauprodukt des Schmerzmittels Metamizol. Über die Auswirkungen dieser Substanz auf Süßwasserökosysteme ist wenig bekannt.

„Bei vielen dieser Metaboliten ist unklar, wie schädlich sie für die Umwelt sind. Uns fehlt noch das nötige Wissen“, sagt UFZ-Umweltchemikerin Saskia Finckh, Co-Erstautorin der Studie. Die negativen Auswirkungen anderer in den Gewässern nachgewiesener Stoffe wurden jedoch bereits erforscht.

Einer der häufigsten dieser Stoffe ist das Antikonvulsivum Carbamazepin, das in Gewässern nur schwer biologisch abbaubar ist. Außerdem beeinträchtigt es die Fortpflanzungsfähigkeit von Wirbellosen und verzögert die Entwicklung von Fischen. Carbamazepin steht daher bereits auf der Beobachtungsliste des Umweltbundesamtes (UBA) und ist einer von 23 weiteren vorgeschlagenen prioritären Stoffen, die in die EU-Wasserrahmenrichtlinie aufgenommen werden sollen.

Auch die Wirkung einiger weiterer, in den Proben häufig nachgewiesener Stoffe ist bekannt. Beispielsweise fanden die UFZ-Forscher häufig die Insektizide Diazinon und Fipronil, die beide für wirbellose Wassertiere äußerst schädlich sind. Insgesamt wurden die chronischen Risikoschwellen für Wirbellose bei mehr als 70 in den Gewässern nachgewiesenen Chemikalien überschritten. Dies bedeutet, dass eine längere oder wiederholte Exposition unter anderem zu Entwicklungsstörungen führen kann.

Viele der einzelnen organischen Mikroschadstoffe stellen für sich genommen ein Problem für Gewässer dar. Es gibt jedoch noch einen weiteren Grund zur Sorge. „Die Vielfalt der Chemikalien, die in Gewässer eingetragen werden, stellt ein großes Problem dar. Wir wissen noch viel zu wenig über die additive Wirkung dieser Stoffe, wenn sie sich miteinander vermischen“, erklärt Dr. Eric Carmona, UFZ-Umweltchemiker und Co-Leiter Autor.

Um die Auswirkungen dieser Vermischungseffekte auf die in den Gewässern lebenden Organismen abschätzen zu können, verwendeten die Forscher das Konzept des chemischen Fußabdrucks, der das Potenzial chemischer Mischungen zur Beeinflussung der Wasserqualität quantifiziert – genauer gesagt, welche Überlebenschancen sie hat Wasserorganismen wie Fische, Krebstiere und Algen leben an einem bestimmten Standort. Der chemische Fußabdruck wird berechnet, indem die Konzentration einer Chemikalie an einem Standort mit der erwarteten Wirkung in Beziehung gesetzt wird.

Anschließend werden die Werte der nachgewiesenen Chemikalien summiert. Für jede dieser Organismengruppen gibt es einen wissenschaftlichen Grenzwert. Überschreitungen dieses Wertes können zum Verschwinden gefährdeter Arten aus dem Ökosystem führen. Bei 74 % der untersuchten Proben wurden die wissenschaftlichen Grenzwerte überschritten. Besonders hoch ist das Risiko für Krebstiere; An 15 % der untersuchten Standorte ist es sogar akut, sodass die Tiere an diesen Standorten nur geringe Überlebenschancen haben.

Die UFZ-Forscher kommen zu dem Schluss, dass es trotz vieler Verbesserungsmaßnahmen immer noch zu viele Chemikalien in europäischen Gewässern gibt. An vielen Standorten werden die Grenzwerte überschritten.

„Unsere Daten zeigen auch, dass nicht nur einzelne Stoffe, sondern die Vielzahl an Stoffen zu diesem Problem beitragen“, sagt Finckh. Für die Umsetzung der EU-Wasserrahmenrichtlinie ist es daher notwendig, noch mehr Chemikalien in die chemische Wasserüberwachung einzubeziehen, da diese noch nicht im Umweltkontext bewertet wurden. Außerdem werden weitere Messdaten benötigt.

„Es ist oft völlig unklar, welche Auswirkungen Chemikalien in welchen Konzentrationen auf Organismen im Wasser haben“, sagt Carmona. In diesen Fällen wurden modellbasierte Werte verwendet; Diese führen jedoch zu einer größeren Unsicherheit als die gemessenen Effektwerte. „Vor allem sollten wir uns bei der Bewertung von Chemikalien stärker auf deren Gemische konzentrieren“, sagt Finckh.

Die Ergebnisse sind veröffentlicht im Tagebuch Umwelt International.