Die bescheidene Kiefer ist in North Carolina mehr als nur ein alltäglicher Anblick – sie ist auch ein praktisches Instrument zur Überwachung der Verbreitung von Per- und Polyfluoralkylsubstanzen (PFAS) in unserem Bundesstaat im Laufe der Zeit.
Forscher der North Carolina State University verwendeten historische und aktuelle Kiefernnadelproben, um das Vorhandensein und die Konzentrationen von über 70 verschiedenen Arten von PFAS in sechs NC-Bezirken von 1961 bis heute zu verfolgen. Die Ergebnisse sind eine Momentaufnahme der Entwicklung von PFAS im Bundesstaat über einen Zeitraum von 50 Jahren.
Warum Tannennadeln?
„Sie sind überall im Staat und kostenlos, daher ist es sehr einfach, zahlreiche Orte und Zeitpunkte zu beproben, ohne teure Probenahmegeräte bauen und abrufen zu müssen“, sagt Erin Baker, außerordentliche Professorin für Chemie an der NC State und Mitautorin von die Arbeit.
Was die Nadeln selbst betrifft, so wirkt die wachsartige Beschichtung, die sie vor Witterungseinflüssen schützt, auch als effiziente Falle für luftgetragene Schadstoffe wie PFAS. Und da Kiefern jährlich ihre Nadeln abwerfen, können sich die Forscher sicher sein, auf welche Zeitpunkte sie bei der Probennahme achten.
Baker, NC State Kollege Scott Belcher und Ph.D. Die Kandidatin und Hauptautorin Kaylie Kirkwood erhielt 60 Kiefernnadelproben von Standorten in den Grafschaften Durham, Wayne, Cumberland, Robeson, Onslow und Brunswick.
Für den historischen Vergleich verwendeten sie 15 Kiefernnadelproben aus den Herbarien des NC State und der Duke University, wobei sie sich speziell Proben aus denselben Bezirken von 1961 bis heute ansahen.
„Wir haben uns hauptsächlich auf Standorte konzentriert, für die wir moderne Daten haben, sowie auf Standorte, die mit PFAS in Verbindung gebracht werden, wie Flughäfen, Feuerwehrübungsplätze und Chemiefabriken wie die Chemours-Anlage“, sagt Belcher, außerordentlicher Professor für Biologie an der NC State and Mitautor der Studie. „Wir haben Proben an diesen Standorten und an Standorten in einer Entfernung von drei bis 11 Meilen zum Vergleich entnommen.“
Die Forscher analysierten die Proben, indem sie Flüssigchromatographie, Massenspektrometrie, Ionenmobilitätsspektrometrie und Fragmentierungsstudien an jeder Probe durchführten. Dieser mehrdimensionale Ansatz gewährleistete Genauigkeit bei der Unterscheidung zwischen molekularen Strukturen der verschiedenen Chemikalien.
Die Ergebnisse sind eine Momentaufnahme der Geschichte eines halben Jahrhunderts von PFAS im zentralen und östlichen North Carolina.
„Wir konnten sehen, wann die neuen, kürzerkettigen Chemikalien eingeführt wurden, wann alte abgeschafft wurden und wo bestimmte PFAS verwendet wurden – wir konnten tatsächliche Änderungen der Kontamination in Echtzeit verfolgen“, sagt Kirkwood. „Und wir konnten die Expositionsgradienten für diese Chemikalien sehen – wie die Konzentrationen von hohen Werten an der Quelle der Kontamination im Vergleich zu weiter entfernten niedrigeren Werten abfielen.“
Die Forscher hoffen, dass diese Arbeit anderen Forschern den Weg ebnen wird, passive Probenahmen zu verwenden, um die räumliche und zeitliche Verteilung von PFAS zu überwachen.
„Das ist viel größer als in North Carolina – es ist auf Standorte auf der ganzen Welt anwendbar“, sagt Baker. „Jenseits von NC und Kiefernnadeln zeigt dies die Fähigkeit von Pflanzen mit wachsartigen Beschichtungen, als Wächter für Umweltverschmutzung zu dienen.“
Die Forschung erscheint in Umweltwissenschaft und -technologie.
Kaylie I. Kirkwood et al, Verwendung von Kiefernnadeln zur zeitlichen und räumlichen Profilierung von Per- und Polyfluoralkylsubstanzen (PFAS), Umweltwissenschaft und -technologie (2022). DOI: 10.1021/acs.est.1c06483