Im Klimasystem der Arktis spielen Aerosolpartikel eine bedeutende Rolle für das Verständnis der schnellen Erwärmung. Durch die niedrige Hintergrundkonzentration sind lokale Neubildungs-Ereignisse eine wichtige Quelle, und können signifikant zu Wolkenkondensationskeimen beitragen. Aufgrund der schweren Erreichbarkeit gibt es insbesondere wenig Messungen zur vertikalen Verteilung von Aerosolpartikeln in der Arktis. Die Aerosol-Konzentration ist stark variabel in Raum und Zeit, und daher schwierig in Modellen abzubilden. Räumliche Verteilung und zeitliche Variabilität auf kleinen Skalen hängen von den Umgebungsbedingungen ab, wie der Stabilität der Atmosphäre, Wolken, Orographie und Oberflächeneigenschaften. Daher untersucht das Projekt AIDA (Aerosol-Variabilität und Interaktion mit Umgebungsbedingungen basierend auf der kleinskaligen vertikalen und horizontalen Verteilung bei Messungen in der Arktis) die kleinskalige Variabilität am Standort Ny-Alesund in Spitzbergen, einem natürlichen Labor von kleinskaligen Kontrasten in den Umgebungsbedingungen, mit einer Kombination von zeitgleichen Fesselballon- und Drohnen-Messungen, die in die bestehenden, kontinuierlich messenden Observatorien in Ny-Alesund und auf dem Zeppelinberg eingebettet werden. Die Messungen sind für die Übergangszeit zwischen Arktischem Dunst mit überwiegend Ferntransport im Frühling und überwiegend lokal gebildeten Aerosolpartikeln im Sommer geplant. Drohne und Fesselballon sind mit ähnlichen Aerosol-Sensoren ausgerüstet: Die wichtigsten Messgeräte sind dabei jeweils zwei parallel betriebene Kondensationskernzähler mit unterschiedlicher unterer Nachweisgrenze im Größenbereich 3-20 nm, um neu gebildete Aerosolpartikel nachzuweisen. Ein leichtes Aerosol-Größenspektrometer kommt zum ersten Mal auf dem Ballon zum Einsatz, um die Aerosol-Größenverteilung zwischen 8 und 300 nm zu messen. Außerdem sind Sensoren für größere Aerosolpartikel implementiert, um die Neubildung von Aerosolpartikeln in Abhängigkeit von bereits existierendem Aerosol und dem Beitrag von Ferntransport zu untersuchen. Temperatur und Feuchte werden mit hoher zeitlicher Auflösung gemessen, um den Einfluss von Stabilität und vertikaler Durchmischung zu charakterisieren. Der dreidimensionale Windvektor wird gemessen, da das lokale Windfeld sehr stark von der lokalen Orographie geprägt ist. Es wird erwartet, dass die kleinskalige Variabilität der thermodynamischen Bedingungen einen signifikanten Einfluss auf die Neubildung und das Wachstum von neu gebildeten Aerosolpartikeln hat. Die Daten der horizontalen und vertikalen Verteilung der Aerosol-Partikel werden anschließend analysiert in Zusammenarbeit mit den Partnern, die komplementäre Mess-Systeme in Ny-Alesund, auf dem Zeppelin-Berg und an anderen arktischen Standorten betreiben. Die Ergebnisse tragen bei zu einem besseren Verständnis der kleinskaligen Verteilung von Aerosolpartikeln, deren Entstehung, Wachstum und vertikalen Transportprozesse.
Die Abwassersurveillance wird in Deutschland ergänzend zu bestehenden Krankheitsüberwachungssystemen der öffentlichen Gesundheit („Public Health“) genutzt. Das Ziel der Abwassersurveillance ist es, Informationen zum Auftreten sowie zu der Verbreitung von bekannten und neuen Infektionserregern und deren Varianten zu erfassen, um so das regionale Infektionsgeschehen besser einschätzen zu können. Was ist Abwassersurveillance? Die regelmäßige Überprüfung des Abwassers auf Infektionserreger um Entscheidungen für bevölkerungsbezogene Maßnahmen zu treffen, wird als abwasserbasierte Surveillance (auch kurz Abwassersurveillance) bezeichnet. Im Rahmen der Abwassersurveillance werden Abwasserproben aus Kläranlagenzuläufen gewonnen und auf verschiedene gesundheitsrelevante Zielparameter untersucht. Dafür werden die Proben in Laboren mit unterschiedlichen molekularbiologischen Methoden aufbereitet, analysiert und im Anschluss mit statistischen Methoden ausgewertet. Ziele der Abwassersurveillance Die gesundheitsrelevanten Informationen (ausgewertete Datensätze) aus dem Abwasser zu den unterschiedlichen Zielparametern können für verschiedene Zwecke genutzt werden: Besseres Erfassen der regionalen Verbreitung und des Ausmaßes von Infektionskrankheiten Unterstützung für das zeitnahe Ableiten von Maßnahmen zum Schutz der Bevölkerung Präventive Schutz- und Vorsichtsmaßnahmen zeitnahe Information der Bevölkerung Präventive Schutz- und Vorsichtsmaßnahmen zeitnahe Information der Bevölkerung System zur Unterstützung im Krisenfall - Pandemievorsorge („pandemic preparedness“) Verbreitung der Abwassersurveillance in Deutschland und weltweit Während der COVID-19 Pandemie wurde das Abwasser als wichtige zusätzliche Informationsquelle für den Gesundheitsschutz wiederentdeckt. Bereits vor dem 2. Weltkrieg wurden im Abwasser Untersuchungen zum Vorkommen humaner Viren durchgeführt. Aufgrund zu diesem Zeitpunkt fehlender molekularbiologischer Methoden, wurden die ersten Erfolge dieser abwasserbasierten Epidemiologie (wastewater-based epidemiology, WBE) bis zum Jahr 2020 nur selten verwendet. Im März 2021 empfahl die EU-Kommission den europäischen Ländern die Einführung einer systematischen Überwachung von SARS-CoV-2 im Abwasser. Inzwischen wird die WBE nicht nur in Deutschland, sondern weltweit für die zusätzliche Unterstützung des Gesundheitsdienstes im Rahmen des präventiven Gesundheitsschutzes genutzt. Neben dem Monitoring des SARS-CoV-2 werden derzeit auch weitere Public-Health-relevante Infektionserreger wie Influenzaviren und respiratorische Synzytialviren (RSV) überwacht sowie Konzepte für das Monitoring gesundheitsgefährdender Stoffe erarbeitet. Zudem wird derzeit eine Erweiterung des Untersuchungsspektrums auf antimikrobielle Resistenzen (AMR) diskutiert. Darüber hinaus hat die Europäische Kommission (EU) die Behörde HERA ( Health Emergency Preparedness and Response Authority ) errichtet, um u.a. Gefahren und potenzielle Notlagen im Gesundheitsbereich rechtzeitig zu erkennen und europaweit zu koordinieren. Vorteile und Grenzen der Abwassersurveillance Ein Vorteil der Erfassung von Erregerlasten im Abwasser wie dem Monitoring von SARS-CoV-2 ist es, dass auch Daten von Menschen erfasst werden, die nicht durch den personengebundenen Nachweis in medizinischen Surveillancesystemen berücksichtigt werden. Somit werden Personen von der Surveillance berücksichtigt, die beispielsweise aufgrund geringer Symptome keinen Arztbesuch oder Test in Erwägung gezogen haben, ohne dass eine personengebundene Datenerfassung erfolgt. Weiter bietet das Monitoring von Krankheitserregern im Abwasser die Möglichkeit, Ausbreitungstrends und zirkulierende Varianten verschiedener Erreger nach Regionen aufzuschlüsseln und so gegebenenfalls möglichst früh Maßnahmen für den Schutz der Bevölkerung einleiten zu können. Die abwasserbasierte Surveillance kann demnach auch als Frühwarnsystem für diverse Maßnahmen und Einrichtungen fungieren. Die Abwassersurveillance hat jedoch auch Limitierungen: Das Abwasser bietet keine Information zur Schwere und zum Verlauf von Infektionskrankheiten. Insgesamt wird die abwasserbasierte Surveillance daher als ergänzendes Instrument für die Einschätzung der epidemiologischen Lage verstanden. Ausblick und zukünftige Kooperationen Zentrale Aufgabe des UBA im Rahmen der nationalen Abwassersurveillance ist die Vereinheitlichung und Harmonisierung von qualitätsgesicherten Messungen und Daten aus dem Abwasser. Diese dienen der Abschätzung von Risiken und können durch Gesundheitsbehörden genutzt werden. Für eine umfassende Einschätzung des Potentials der Abwassersurveillance benötigt es valide Daten-, sowie effektive Übermittlungswege. Auch der weitere Ausbau dafür notwendiger Kapazitäten, die Umsetzung von Routineüberwachungen sowie die Fortführung verschiedener Forschungsansätze ist notwendig. Dazu arbeitet das Umweltbundesamt (UBA) eng mit weiteren involvierten Behörden und Gremien zusammen und beteiligt sich mit verschiedenen Facheinheiten an verschiedenen internen, externen sowie nationalen und internationalen Projekten. Publikationen Saravia, C.J., Pütz, P., Wurzbacher, C., Uchaikina, A., Drewes, J.E., Braun, U., Bannick, C.G., Obermaier, N., 2024. Wastewater-based epidemiology: deriving a SARS-CoV-2 data validation method to assess data quality and to improve trend recognition. Front. Public Health 12. https://doi.org/10.3389/fpubh.2024.1497100 Marquar, N., Pütz, P., Buchholz, U., Exner, T., Fretschner, T., Greiner, T., Helmrich, M., Lukas, M., Marty, M., Obermaier, N., Saravia Arzabe, C., Schattschneider, A., Schneider, B., Selinka, H.-C., Ullrich, A., Walther, B., Braun, U., Schumacher, J., 2024. SARS-CoV-2-Abwassersurveillance in Deutschland im Rahmen des Projekts AMELAG. https://www.rki.de/DE/Content/Infekt/EpidBull/Archiv/2024/Ausgaben/34_24.html Abwasser als Informationsquelle – Schutz vor künftigen Epidemien, 2024. wwt Wasserwirtschaft Wassertechnik 73. https://doi.org/10.51202/1438-5716-2024-10 Loenenbach, A., Lehfeld, A.-S., Puetz, P., Biere, B., Abunijela, S., Buda, S., Diercke, M., Dürrwald, R., Greiner, T., Haas, W., Helmrich, M., Prahm, K., Schumacher, J., Wedde, M., Buchholz, U., n.d. Participatory, Virologic, and Wastewater Surveillance Data to Assess Underestimation of COVID-19 Incidence, Germany, 2020–2024 - Volume 30, Number 9—September 2024 - Emerging Infectious Diseases journal - CDC. https://doi.org/10.3201/eid3009.240640 Schattschneider, A. et al. 2024, Epidemiologisches Bulletin, 34/2024. Abwasser enthält Informationen für Public Health: Mögliche Anwendungen für Abwassersurveillance“. https://www.rki.de/DE/Content/Infekt/EpidBull/Archiv/2024/Ausgaben/34_24.html