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Monsun entgiftet ÄckerZürich (agrar-PR) - 2007 zeigten Forscher aus der Schweiz und Bangladesch,
wie sich Arsen durch die Bewässerung von Reisfeldern im Boden
anreichert. Folgestudien zeigen nun, wie ein Teil des Arsens während
der Monsunflut wieder aus dem Boden entfernt wird.
Millionen
von Menschen weltweit trinken Wasser, dessen Arsenkonzentrationen weit über dem
WHO-Grenzwert von 10 Mikrogramm pro Liter liegen. Besonders katastrophal ist
die Situation in Bangladesh. Dort wurden zwischen 1980 und 1990 mit
Unterstützung der Weltgesundheitsorganisation (WHO) und Unicef 5 bis 50 Meter
tiefe Brunnen gebohrt, um die Menschen mit sauberem Trinkwasser zu versorgen.
Damit sollten Durchfallerkrankungen und Choleraepidemien verursacht durch den Konsum
verschmutzten Oberflächenwassers reduziert werden. Anstatt mit gefährlichen
Krankheitserregern ist das Wasser aus diesen Tiefen jedoch mit zwischen 0,5 bis
2500 Mikrogramm Arsen pro Liter verunreinigt. «Typisch sind Verunreinigungen
von 400 Mikrogramm», sagt Ruben Kretzschmar, Professor am Departement für
Umweltwissenschaften der ETH Zürich und Mitautor der Studie von Forschern der
ETH Zürich und Eawag, zusammen mit Wissenschaftlern aus Bangladesch.
Beim
Menschen führt zu hoher Arsen-Konsum zu einer schleichenden Vergiftung: Zuerst treten
veränderte Hautpigmentierungen auf, die sich später zu Hautkrebs entwickeln
können, gefolgt von organischen und neurologischen Erkrankungen.
Über 1000 Tonnen Arsen
jährlich
Weil in Bangladesh während der Trockenperioden die Reisfelder mit arsenhaltigen
Wasser bewässert werden, gelangen jährlich schätzungsweise 1360 Tonnen Arsen in
die Ackerböden. Experten befürchten deshalb eine langfristige Arsenanreicherung
in den Reisböden. Bei Feldern, die während der Monsunzeit unter Wasser stehen,
ist bekannt, dass sich der Arsengehalt der Böden während des Monsuns wieder
verringert. Wie es dazu kommt, war bis anhin nicht klar. Diskutiert wurde, dass
das Arsen etwa in tiefere Bodenlagen transportiert, durch mikrobielle Aktivität
in die Atmosphäre gelangen, oder ins überflutende Wasser gelöst und
abtransportiert werden könnte.
Mit dem Boot auf dem
Feld
Durch Untersuchungen
des Porenwassers der Böden und des darüberstehenden Flutwassers konnten
Forscher aus der Schweiz
(ETH Zürich und Eawag) und Bangladesch nun zeigen, welchen Weg das
Arsen nimmt.
Linda Roberts, Doktorandin an der Eawag
und der ETH Zürich sowie Erstautorin der Publikation nahm hierfür mit
Hilfe
eines Bootes während des Monsun in den Jahren 2006 und 2007 auf zwei
überfluteten Reisfeldern in Bangladesch Proben. Die Analysen zeigten,
dass das
Arsen während der Monsunflut vor allem aus den obersten zehn
Zentimetern des Ackerbodens ins Porenwasser
mobilisiert wird. In diesem Bereich hat es sich während der Bewässerung
auch am stärksten angereichert. Durch Diffusion gelangt es schliesslich
wieder in das über den Böden stehende Flutwasser. Über die Art,
wie sich das Arsen im Wasser auf dem Feld und in den Kanälen, die zu
den
Flüssen führen, verteilt, zeigten die Wissenschaftler, dass das Arsen
mit
zurückschreitender Flut zu den Flüssen transportiert wird. Nach ihren
Berechnungen werden 51 bis 250 Milligramm Arsen pro Quadratmeter aus
den Böden wieder ausgespült, das so zurück in die Flüsse gelangt. Auf
diese Weise verlieren die Böden jährlich wieder 13 bis 62 Prozent des
Arsens,
das ihnen zuvor durch Bewässerung zugeführt wurde.
Ernteeinbussen durch
Arsenkontamination?
In
einer früheren Studie untersuchten die Wissenschaftler, wie sich das Arsen
durch Bewässerung im Ackerboden verteilt. Dabei konnten sie zeigen (siehe ETH
Life
vom 31.07.2007), dass besonders hohe Konzentrationen an den Stellen
auftreten, an denen das Wasser direkt zur Bewässerung auf das Feld
geleitet wird. Aber auch in
weiter entfernten Bereichen vom Wasserzufluss nehmen die
Konzentrationen
langsam zu. Dadurch besteht die Gefahr, dass sich das Arsen in der
Reispflanze
und dem Reis selbst anreichert. Somit gelangt das Arsen nicht nur in
die
Nahrungskette, sondern kann durch seine toxische Wirkung auf die
Pflanzen auch
zu Ertragseinbussen führen. «Wir schliessen aus unseren Ergebnissen,
dass sich
das Arsen in Gebieten, die nicht regelmässig durch den Monsun
überflutet
werden, wahrscheinlich schneller anreichert, und dass das Risiko
zukünftiger
Ertragseinbussen in diesen Gegenden daher grösser ist», sagt Roberts.
Arsen im Trinkwasser
Die
Verschmutzung des Trinkwassers mit Arsen ist ein globales Problem. Betroffen
sind unter anderem West Bengalen, Vietnam, Thailand, Taiwan, die Innere
Mongolei, einige südamerikanische Staaten, die USA, Kanada und Bereiche
Europas. Selbst in der Schweiz gibt es Gebiete mit erhöhten Arsenkonzentrationen
im Grundwasser. Die
Belastung des Trinkwassers mit Arsen ist dabei nur zu einem geringeren Teil von
Menschen gemacht. In früheren Jahren gelangte Arsen zwar unter anderem durch
Tierfutter-Zusatzstoffe und Pestizide in Böden und das Grundwasser. Für die
Kontamination des Trinkwassers sind jedoch in erster Linie natürliche
Arsenvorkommen verantwortlich. Diese finden sich in Festgesteinen,
Schwarzschiefern, vulkanischen Sedimenten und in den Böden in der Nähe von
geothermalen Quellen, doch vor allem in Fluss- und Seesedimenten. In diese
gelangt es, wenn das Arsen durch Verwitterungsprozesse aus natürlich
arsenhaltigen Mineralien wie beispielsweise Arsenopyrit herausgelöst wird. Das
gelöste Arsen lagert sich gerne an von Fliessgewässern transportierte
eisenoxid- oder eisenhydroxidhaltige Partikel an. Seit der letzten Eiszeit vor
15 000 Jahren, als der Meeresspiegel etwa 100 Meter tiefer lag als heute,
verfrachteten Flüsse wie der Ganges enorme Sedimentmengen aus dem Himalaja in
das Delta. Mit dieser Sedimentfracht wurden auch beträchtliche Mengen an Arsen
mitgeliefert; beides lagerte sich in den Flussbetten und besonders in den
langsam fliessenden Mündungsbereichen der Ströme ab. Wird das so gebildete
Sediment ausreichend mit Sauerstoff versorgt, bleibt das Arsen darin gebunden
und kontaminiert das Grundwasser nicht. In der Regel wird in solchen Sedimenten
aber auch organisches Material abgelagert, das den in den Sedimenten lebenden
Mikroorganismen als Nahrung dient. Diese benutzen zum Abbau des organischen
Materials zuerst den Sauerstoff, der frei in den Sedimenten vorliegt. Ist
dieser aufgebraucht, greifen sie auf die in den Sedimenten enthaltenen
Eisenoxide beziehungsweise Eisenhydroxide zurück und reduzieren diese zu
zweiwertigem Eisen, welches gut löslich ist. Dies führt dazu, dass auch das an
diese Stoffe gebundene Arsen freigesetzt wird.
Literaturhinweis:
Roberts LC et al.: Arsenic release from paddy soils
during monsoon flooding, Nature Geoscience Published online: 13 December
2009, doi:10.1038/ngeo723 Pressemeldung Download:  | |
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