Eine neue Testtechnik, die mit Synchrotronlicht entwickelt wurde, könnte die Art und Weise, wie wir die Wirksamkeit von Sanierungsmaßnahmen zur Entfernung von Selenkontaminationen aus Bergbauaktivitäten überwachen, erheblich verbessern.
Selen ist ein natürlich vorkommender Nährstoff, den Menschen und Tiere – in geringen Mengen – benötigen, um gesund zu bleiben. Allerdings kann die Exposition gegenüber höheren Konzentrationen beim Menschen neurologische Probleme sowie bei Wildtieren und Rindern Tod und Unfruchtbarkeit verursachen.
Der Bergbau kann dazu führen, dass Selen und andere Substanzen in nahegelegene Böden und Gewässer gelangen und sich dort im Laufe der Zeit ansammeln – selbst wenn Gegenmaßnahmen wie künstlich angelegte Feuchtgebiete oder selenentfernende Bakterien vorhanden sind.
„Wir brauchen Bergbau, um bestimmte Ressourcen aus dem Boden zu holen“, sagt Heather Shrimpton, Postdoktorandin an der University of Waterloo (Abteilung für Geo- und Umweltwissenschaften). „Wir können uns noch nicht zu 100 % auf recycelte Materialien verlassen. Deshalb ist es wichtig, dass wir Techniken haben, die die Auswirkungen des Bergbaus auf Mensch und Umwelt verringern können, und meine Technik kann dabei helfen.“
Bisher konnte nicht festgestellt werden, ob Selen durch Sanierungsbemühungen dauerhaft verschwinden wird oder ob es in nahegelegenen Bächen oder Flussufern absorbiert wird.
Shrimpton und Kollegen fanden heraus, dass Selenisotope (die das gleiche Element wie Selen sind, aber unterschiedliche Atommassen haben) verwendet werden können, um zu bestimmen, was diese Verunreinigung aus dem Wasser entfernt. Veränderungen der Isotope signalisieren, ob Selen entfernt wird und ob die Entfernung dauerhaft ist. Shrimptons Studie ist veröffentlicht im Tagebuch Umweltwissenschaften und -technologie.
„Wir brauchen eine Technik wie meine, um zu überprüfen, ob Reinigungssysteme funktionieren – sie dient dazu, zu testen, ob wir es besser machen müssen oder nicht“, sagte Shrimpton.
Im Labor haben Shrimpton und ihr Team eine bekannte Sanierungsstrategie namens Reduktion nachgeahmt, bei der schwefelreduzierende Bakterien eingesetzt werden, um Selen in fester Form einzufangen. In der Natur führt die Reduktion dazu, dass Selen in Gewässern an Kies und Sand haften bleibt.
Mithilfe der Canadian Light Source (CLS) an der University of Saskatchewan (USAsk) analysierte Shrimpton die Isotope dieser festen Selenproben. Sie fand heraus, dass die Zugabe von Schwefel in bestimmten Mengen zu Selen verhindert, dass sich der Schadstoff wieder mit Flüssigkeiten vermischt, was bedeutet, dass die Entfernung aus dem Wasser dauerhaft sein kann. Das Ausmaß der Isotopenveränderung bestätigte ihrer Meinung nach, dass allein der Reduktionsprozess für die Veränderung verantwortlich war.
„Mit der Canadian Light Source konnte ich zusätzliche Informationen auf molekularer Ebene sammeln, sodass ich wusste, was passierte, und ich konnte sagen: ‚Das ist es, das hat es bewirkt‘“, sagte Shrimpton. „Es ist ein Teil der Lösung des Puzzles.“
Nachdem sich die Technik nun im Labor als wirksam erwiesen hat, planen Shrimpton und ihr Team, sie an Minenstandorten zu testen und ihre Studie auf andere Umweltschadstoffe aus dem Bergbau wie Quecksilber auszudehnen.
Weitere Informationen:
Heather K. Shrimpton et al, Selenit-Stabilisotopenfraktionierung während der abiotischen Reduktion durch Natriumsulfid, Umweltwissenschaft und -technologie (2024). DOI: 10.1021/acs.est.4c03607