Umwelt: Auf den Grund gegangen
Für Millionen Menschen bedeutet der Schluck aus dem Wasserglas den zweifelhaften Genuss eines Giftcocktails: Horrende Arsen-Gehalte im Grundwasser bedrohen ihre Gesundheit und ihr Leben. Aber wie kommt es überhaupt zu den hohen Konzentrationen?
Sauberes Trinkwasser ist ein seltenes und für viele, zu viele Menschen ein nicht erreichbares Gut. Meist liegt die Hoffnung auf Besserung darin, in ländlichen Gemeinden Brunnen zu bohren, um so zumindest die Gefahr durch verunreinigtes Oberflächenwasser zu verringern. Doch auch das kostbare Nass aus der Tiefe birgt noch Gesundheitsrisiken, wie Millionen Menschen weltweit, vor allem aber in Bangladesch und am Golf von Bengalen, am eigenen Leib erfahren müssen: Sie leiden unter heftigen Vergiftungserscheinungen auf Grund zu hoher Arsen-Gehalte.
Der Ursprung der schädlichen Halbmetall-Ionen ist noch nicht ganz geklärt. Chemische Prozesse könnten sie aus arsenreichen Gesteinen im Grundwasserbereich freigesetzt haben, oder sie wurden durch Phosphat aus Düngern von ihren Bindungsstellen an Tonmineralen im Boden vertrieben. Sicherlich hat aber auch die Organismenwelt ihre Hand im Spiel, und Bakterien mobilisieren den ungesunden Wasserzusatz im Rahmen ihres Stoffwechsels – auf welchem Wege auch immer.
Die Wissenschaftler um Farhana Islam von der Universität Manchester wollten es nun genauer wissen. Sie untersuchten verschiedene Sedimentproben aus dem Nadia-Distrikt in West-Bengalen, wo zu hohe Arsen-Werte im Boden bekannt sind. Im Labor mischten sie die Proben mit künstlich nachempfundenem Grundwasser und setzten sie bei 20 Grad Celsius verschiedenen Umweltbedingungen aus. Welche geochemischen Verhältnissen würden den umfangreichsten Arsen-Ertrag bringen?
Sauerstoffreiche jedenfalls nicht: Unter aeroben Bedingungen setzten die Sedimente kaum Arsen frei. Unter Luftabschluss erreichten die gemessenen Werte jedoch die aus dem Herkunftsgebiet bekannten Konzentrationen – insbesondere als die Forscher Acetat zusetzten, das als Ersatz für sonst im Boden vorhandenes organisches Material diente: Nach 25 Tagen lagen die Arsen-Gehalte nun bei umgerechnet 180 Mikrogramm pro Liter und damit durchaus in dem Bereich, der sich in Grundwasserschichten Bengalens findet. Bei zuvor sterilisierten Sedimentproben geschah dagegen nichts – von Arsen keine Spur.
Damit war klar: Bakterien sind die Hauptverantwortlichen für den giftigen Grundwasserzusatz. Um nun noch herauszufinden, welche Arten dahinter stecken, sahen sich die Forscher mittels genetischer Analysen die Mikroben-Gesellschaft etwas genauer an: In den Behältern ohne Acetat-Zugabe, also mit Mangel an organischem Material, spürten sie ein buntes Miteinander verschiedener Pseudomonas- und Clostridium-Arten auf, zu denen sich noch einige Geobacter gesellten. Ganz anders bei zusätzlichem Futter: Nun dominierten die Geobacter-Vertreter, während sich Pseudomonas rar machte.
Da sich Arsen immer erst einige Tage später zeigte als reduziertes Eisen – ein beliebter Elektronenakzeptor unter Bakterien –, vermuten die Forscher, dass sich die Mikrobenwelt schlicht an die Bedingungen anpasst: Wird ihnen der sonst verwendete Elektronenempfänger zu selten, steigen sie auf einen anderen um, den sie sonst links liegen lassen, weil er nur unter größerem Aufwand zu nutzen ist – wie eben Arsen.
Wichtig ist das Ergebnis, dass der Eintrag von Kohlenstoff in die Grundwasserschichten, ausgelöst beispielsweise durch Bewässerungsanlagen, die Freisetzung von Arsen wohl kräftig ankurbeln dürfte. Ein Effekt, den andere Studien bereits gezeigt hatten, weshalb die Schlussfolgerungen auch übereinstimmen: Flach angelegte Brunnen sind unbrauchbar, es bleibt nur eins – tiefer bohren.
Der Ursprung der schädlichen Halbmetall-Ionen ist noch nicht ganz geklärt. Chemische Prozesse könnten sie aus arsenreichen Gesteinen im Grundwasserbereich freigesetzt haben, oder sie wurden durch Phosphat aus Düngern von ihren Bindungsstellen an Tonmineralen im Boden vertrieben. Sicherlich hat aber auch die Organismenwelt ihre Hand im Spiel, und Bakterien mobilisieren den ungesunden Wasserzusatz im Rahmen ihres Stoffwechsels – auf welchem Wege auch immer.
Die Wissenschaftler um Farhana Islam von der Universität Manchester wollten es nun genauer wissen. Sie untersuchten verschiedene Sedimentproben aus dem Nadia-Distrikt in West-Bengalen, wo zu hohe Arsen-Werte im Boden bekannt sind. Im Labor mischten sie die Proben mit künstlich nachempfundenem Grundwasser und setzten sie bei 20 Grad Celsius verschiedenen Umweltbedingungen aus. Welche geochemischen Verhältnissen würden den umfangreichsten Arsen-Ertrag bringen?
Sauerstoffreiche jedenfalls nicht: Unter aeroben Bedingungen setzten die Sedimente kaum Arsen frei. Unter Luftabschluss erreichten die gemessenen Werte jedoch die aus dem Herkunftsgebiet bekannten Konzentrationen – insbesondere als die Forscher Acetat zusetzten, das als Ersatz für sonst im Boden vorhandenes organisches Material diente: Nach 25 Tagen lagen die Arsen-Gehalte nun bei umgerechnet 180 Mikrogramm pro Liter und damit durchaus in dem Bereich, der sich in Grundwasserschichten Bengalens findet. Bei zuvor sterilisierten Sedimentproben geschah dagegen nichts – von Arsen keine Spur.
Damit war klar: Bakterien sind die Hauptverantwortlichen für den giftigen Grundwasserzusatz. Um nun noch herauszufinden, welche Arten dahinter stecken, sahen sich die Forscher mittels genetischer Analysen die Mikroben-Gesellschaft etwas genauer an: In den Behältern ohne Acetat-Zugabe, also mit Mangel an organischem Material, spürten sie ein buntes Miteinander verschiedener Pseudomonas- und Clostridium-Arten auf, zu denen sich noch einige Geobacter gesellten. Ganz anders bei zusätzlichem Futter: Nun dominierten die Geobacter-Vertreter, während sich Pseudomonas rar machte.
Da sich Arsen immer erst einige Tage später zeigte als reduziertes Eisen – ein beliebter Elektronenakzeptor unter Bakterien –, vermuten die Forscher, dass sich die Mikrobenwelt schlicht an die Bedingungen anpasst: Wird ihnen der sonst verwendete Elektronenempfänger zu selten, steigen sie auf einen anderen um, den sie sonst links liegen lassen, weil er nur unter größerem Aufwand zu nutzen ist – wie eben Arsen.
Wichtig ist das Ergebnis, dass der Eintrag von Kohlenstoff in die Grundwasserschichten, ausgelöst beispielsweise durch Bewässerungsanlagen, die Freisetzung von Arsen wohl kräftig ankurbeln dürfte. Ein Effekt, den andere Studien bereits gezeigt hatten, weshalb die Schlussfolgerungen auch übereinstimmen: Flach angelegte Brunnen sind unbrauchbar, es bleibt nur eins – tiefer bohren.
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