Arsenspuren im Regen deuten

Arsen ist ein Spurenelement, das im Periodensystem gleich unter dem ¨C f¨¹r alle Lebewesen essenziellen ¨C Phosphor liegt. Diese enge chemische Verwandtschaft f¨¹hrt dazu, dass Zellen nicht immer in der Lage sind, die beiden Elemente auseinanderzuhalten. ?Auf dieser Verwechslungsgefahr beruht die Giftigkeit von Arsen?, sagt Lenny Winkel, Professorin am Institut f¨¹r Biogeochemie und Schadstoffdynamik der ETH Zurich und am Wasserforschungsinstitut Eawag.

Proben sammeln auf 2877 Meter ¨¹ber Meer

Winkel und ihr Team interessieren sich schon seit vielen Jahren f¨¹r dieses Umweltgift, von dem sch?tzungsweise rund 31 Tonnen in der Atmosph?re um die Erde kreisen. Um mehr ¨¹ber das Verhalten und die Verteilung von Arsen in der Luft zu erfahren, haben die Forschenden eine aufw?ndige Messkampagne auf der Forschungsstation des Pic du Midi in den Pyren?en durchgef¨¹hrt. Die Station liegt auf 2877 Meter ¨¹ber Meer und erm?glicht deshalb Proben zu sammeln, die weitgehend unbeeinflusst von lokalen Verschmutzungsquellen sind.

Auf dem Pic du Midi haben die Forschenden unter anderem herausgefunden, dass Wolken im Schnitt deutlich mehr Arsen enthalten als Regenwasser. Doch wer jetzt Angst davor hat, sich beim n?chsten Wolkenbruch zu vergiften, kann sich wieder beruhigen: ?Das Arsen ist in der Atmosph?re sehr stark verd¨¹nnt?, sagt Winkel. Tats?chlich mussten die Forschenden ihr Messverfahren optimieren, um das Arsen ¨¹berhaupt nachweisen zu k?nnen. ?Die Messgrenze betr?gt nun 1 bis 2 Nanogramm pro Liter, sie ist somit bis zu zwanzig Mal niedriger als die Messgrenze fr¨¹herer Methoden?, halten die Forschenden in ihrem k¨¹rzlich ver?ffentlichten externe Seite Fachbeitrag fest.

Charakteristische Transportmuster

Ein ausgefeiltes Modell der Luftmassenbewegungen und chemische Analysen des Wolken- und des Regenwassers erlaubten den Forschenden, verschiedene charakteristische Transportmuster zu identifizieren. Und also herauszufinden, woher das Arsen in den Proben jeweils stammte. Enthielt eine Probe zum Beispiel viel Natrium, so schlossen die Forschenden daraus, dass das Arsen sich auf dem Weg zu den Pyren?en mit dem aufgewirbelten Salz im Meer (also mit Natrium-Chlorid) vermischt haben musste.

In anderen Proben fand das Team um Winkel jedoch h?here Mengen von gel?stem organischen Kohlenstoff. ?Er kann von nat¨¹rlichen Quellen wie Pflanzen und Pollen stammen. Er kann aber auch auf menschlich bedingte Umweltverschmutzungen aus Verkehr oder Industrie zur¨¹ckzuf¨¹hren sein?, sagt Esther Breuninger, die Erstautorin des Fachbeitrags. Dann f¨¹gt sie hinzu: ?Jedenfalls weist der gel?ste organische Kohlenstoff darauf hin, dass das Arsen ¨¹ber Landmassen geflogen sein musste, bevor es in unserer Probe landete.?

Biologische Prozesse bedeutender als gedacht

In den Regenwasserproben haben Winkel und ihr Team mehrere Arten von Arsen nachgewiesen. So fanden sie neben dem erwarteten anorganischen Arsen auch so genannte methylierte Arsenverbindungen vor. Solche Verbindungen entstehen, wenn Bakterien, Algen, Pflanzen oder Pilze anorganisches Arsen aufnehmen und dann das Gift in umgewandelter Form wieder ausscheiden ¨C m?glicherweise um sich selbst zu sch¨¹tzen. Aus den Analysen der Forschenden geht hervor, dass das Arsen von Lebewesen sowohl im Meer als auch an Land umgewandelt wird.

?Bisher ging man davon aus, dass haupts?chlich menschliche Aktivit?ten wie etwa das Verbrennen von Kohle oder die Verh¨¹ttung von Erzen f¨¹r atmosph?risches Arsen verantwortlich sind?, sagt Winkel. Doch in einigen Wolkenproben machten die methylierten Verbindungen den Hauptanteil des nachgewiesenen Arsens aus. ?Diese Ergebnisse zeigen, dass biologische Prozesse eine wichtigere Rolle spielen als bisher angenommen?, sagt Winkel.

Nun gelte es, den Beitrag biologischer Prozesse in den Modellen zum globalen Kreislauf von Arsen st?rker zu ber¨¹cksichtigen. ?Offenbar tragen Lebewesen mit ihrem Stoffwechsel dazu bei, historische Arsen-Verschmutzungen zu mobilisieren und ¨¹ber die Atmosph?re global zu verteilen?, res¨¹miert Winkel.