Weltweit gefährden erhöhte Arsenkonzentrationen im Grundwasser die Gesundheit von mehr als 100 Millionen Menschen insbesondere in den dicht besiedelten Deltaregionen Süd- und Südostasiens. Aquifere mit hohem und niedrigem As-Gehalt sind durch unterschiedliche Redoxbedingungen gekennzeichnet und durch schmale Übergangszonen voneinander getrennt. Diese Fe dominierten Redoxfronten spielen hinsichtlich der Advektion und Retention von As eine entscheidende Rolle und schützen unbelastete Aquifere vor As Eintrag. Diese Schutzfunktion wird in Zukunft immer bedeutender, da die Grundwasserentnahme aufgrund des global zunehmenden Wasserbedarfs steigt und somit, durch erhöhte Advektionsraten, bisher nicht mit As belastete Grundwässer zusehends gefährdet. Trotz langjähriger Forschung bleibt ungeklärt, inwieweit und in welchem Ausmaß Fe dominierte Redoxfronten, insbesondere bei erhöhtem Grundwassertransport, der Kontamination von Grundwasser mit As entgegenwirken und verlangsamen können. Im Mittelpunkt unseres Projektes steht die Hypothese, dass die Langzeitstabilität und somit die Kontrollfunktion Fe dominierter Redoxfronten durch ein Zusammenspiel von (a) Transportprozessen, (b) mikrobieller Aktivität und (c) der Stabilität der Arsenträgerphasen (meist Fe Phasen) bestimmt wird. Wir nehmen an, dass sich sowohl Art und Menge an Fe Mineralen als auch die As Speziierung entlang des Redoxgradienten verändern und zwar in Abhängigkeit der verfügbaren Elektronendonatoren und -akzeptoren, der mikrobiellen Aktivität, der hydrogeochemischen Gradienten, sowie dem vorherrschenden Wassertransport. Weiter gehen wir davon aus, dass vertikale Austauschprozesse gelösten organischen Kohlenstoff aus den begrenzenden Aquitarden dem Aquifer zuführen, welches die Arsenmobilisierung weiter verstärkt. Übergeordnetes Ziel unseres Forschungsprojekts ist es, die Wissenslücken hinsichtlich der Arsenmobilität an Fe dominierten Redoxgrenzen durch einen bewusst integrativen und interdisziplinären Ansatz zu schließen, um die Gefährdung bisher nicht kontaminierter Grundwässer sachlich fundiert abschätzen zu können. Die fachübergreifenden Arbeiten sollen an einem Testfeld in Vietnam durchgeführt werden, welches durch viele gemeinsame Vorarbeiten sehr gut charakterisiert ist und sich als Modellstandort für unsere Fragestellungen bestens eignet. Alle erhaltenen Daten und Informationen werden in einem reaktiven Transportmodell zusammengeführt und so einheitlich interpretiert. Dieses Modell koppelt die grundlegenden biogeochemischen Prozesse mit den relevanten Transport- und Austauschmechanismen, so dass auch quantitative Vorhersagen über die zeitliche und räumliche Entwicklung der Redoxfronten bzw. der Arsenmobilität getroffen werden können. Ein vergleichbarer integrativer Ansatz, der von Beginn an und bewusst alle wesentlichen Fachrichtungen zur Beurteilung der As Dynamik einbezieht und gesicherte Prognosen erst ermöglicht wurde in dieser Form noch nicht unternommen.
Ende 2014 startete die Hauptphase der Deutschen Umweltstudie zur Gesundheit von Kindern und Jugendlichen, GerES V, in Kooperation mit dem RKI. Am 21. Januar 2015 begann die Feldphase von GerES V (FKZ 3714622001). Im Rahmen von GerES V werden Blut- und Urinproben von 3-17 jährigen Kindern und Jugendlichen, die bevölkerungsrepräsentativ in 167 Orten ausgewählt wurden, analysiert. Zusammen mit den Ergebnissen der Befragung der Eltern bzw. Kinder und Jugendlichen liefern die Analysen der Blut- und Urinproben wesentliche Informationen zur Belastung mit zahlreichen Substanzen. In diesem Teilvorhaben 2015/1 HBM-Metallanalytik-I sollen die Blut- und Urinproben auf verschiedene Schwermetalle und Metalle analysiert werden. Bei einigen (Schwer-)Metallen (Arsen, Blei, Cadmium, Nickel und Quecksilber) ist 10 Jahre nach dem Kinder-Umwelt-Survey eine aktuelle Bestandsaufnahme notwendig, bzw. für die 15-17 Jährigen eine erstmalige Querschnittanalyse in Deutschland. Für andere (Schwer-)Metalle (Antimon, Chrom) erfolgt für alle untersuchten Altersgruppen eine erstmalige repräsentative Analyse für Deutschland.
Arsen in landwirtschaftlichen Böden und Wässern und dessen Verbreitung in der Nahrungskette kann hohe gesundheitliche Risiken verursachen. In vielen europäischen Oberböden sind die Arsenkonzentrationen erhöht, häufig durch hohe geogene Hintergrundkonzentrationen. Allerdings gibt es auch Arsenanomalien anthropogenen Ursprungs, z.B. aufgrund von Bergbautätigkeit, Verhüttung, durch Freisetzung von Arsen aus Holzschutzmitteln, Insektiziden, Herbiziden oder durch Zerstörung und Lagerung von arsenreichen Chemiewaffen. Es ist notwendig, die Arsenquellen an diesen Standorten zu identifizieren und Stoffverläufe innerhalb des Ökosystems nachzuvollziehen. Trotz umfangreicher Forschungsarbeiten zu dieser Thematik in der Vergangenheit bestehen noch erhebliche Wissenslücken zu deren Schließung AgriAs beitragen soll. Ziel von AgriAs ist es, die existierenden Risiken der Arsenfreisetzung durch die Landwirtschaft aufzuzeigen und mögliche Methoden zur Sanierung arsenbelasteter Standorte und zur Erfassung des ökotoxikologischen Potentials zusammenzustellen. AgriAs baut auf Informationen aus verschiedenen nationalen und europäischen Datenbanken auf, beinhaltet die Testung und Entwicklung neuer Technologien und einer Methodik zur umfassenden Risikobewertung. Besonderes Augenmerk wird auf die Demonstration effizienter Technologien und die Verbreitung der erworbenen Kenntnisse in Zusammenarbeit mit Stakeholdern gelegt. AP1) Arsenkonzentrationen in Wasser, Boden und Nutzpflanzen in Europa AP2) Wirkung der aktuellen landwirtschaftlichen Praxis an arsenkontaminierten Standorten AP3) Arsenentfernungstechnologien und Innovation AP4) Risikobewertung an ausgewählten Standorten AP5) Nachhaltiges Management von Arsenrisikoregionen und Empfehlungen AP6) Ergebnisverwertung und Öffentlichkeitsarbeit AP7) Management
Bei vier Expeditionen zum Lagunensystem Manguaba-Mundau im Nordosten Brasiliens (Bundesstaat Alagoas) wurden verschmutzungsrelevante und andere Schwer-/Spuren-Metalle in Sedimenten (Feinfraktion kleiner als 63 Mikro m), in Schwebstoffen, in Lösung und in Kolloidfraktionen auf Transekts vom Süßwasserbereich über die Lagunen-Ästuare bis in den Küstenbereich hinein untersucht. Dabei zeigte sich, dass es - entgegen der Erwartung - keine wesentlichen Unterschiede in der großräumigen sedimentären ''Schwermetall''-Verteilung zwischen der wenig bevölkerten Lagoa Manguaba und der neben der Großstadt Maceio liegenden Lagoa Mundau gibt. In den Oberflächen-Sedimenten beider Lagunen, inklusive ihrer Zuflüsse, sind die Gehalte der verschmutzungsrelevanten Metalle Cd, Pb, Ni, Cu unauffällig niedrig und nur beim Cd im Rio Sumama, an dem eine Zuckerrohr-Fabrik liegt, tritt eine schwache Anreicherung auf. In Hinblick auf die historische Entwicklung der Schwermetall-Akkumulation untersuchte Sedimentkerne ergaben für Cd, Pb, Ni, Cu und Zn keine rezenten Änderungen der Belastung. Die Schwebstoffe zeigten eine homogene Verteilung von Cd, Pb, Ni, Cu mit leichter Abnahme (außer Cd) zum Küstenozean hin; erhöhte Schwebstoff-Gehalte traten nur bei Cd und Pb nahe der Stadt Maceio sowie in dem kleinen Fluss Rio Sumauma auf. Im Gegensatz zum Cd nahmen Cu, Ni, weniger deutlich Pb, in der Lösung (Filtrat kleiner als 0,45 Mikro m) leicht (konservativ) von den Flüssen über die Lagunen zum Küstenozean ab. Die Spurenmetalle in den Kolloidfraktionen zeigen entsprechend ihrer hydrochemischen Natur sehr unterschiedliche Assoziationen mit den verschiedenen Größenfraktionen, wobei sich deren relative Bedeutung bei allen Metallen (außer Fe) zum Ozean hin in Richtung der ''echten'' Lösung verschiebt. Als einziges Element weist sowohl gelöstes als auch partikuläres As in beiden Lagunen einen kontinuierlichen Anstieg zum Ozean hin auf. Die auf PAH untersuchten Sedimente sind nur niedrig bis moderat belastet. Insgesamt sind die anthropogenen Belastungen der beiden Ästuar-Lagunen mit den hier untersuchten Verschmutzungsstoffen als unauffällig zu bewerten.