Wenn diese so genannten sauren Grubenwässer - oder acid mine drainage - aus dem Einzugsgebiet eines Bergbaus in unberührte, nicht versauerte Gewässer gelangen und sich vermischen, können Stoffe, die bei sehr niedrigen pH-Werten löslich waren, mit einem Mal ausfallen.

Besonders augenfällig ist dieser Prozess bei der Aluminiumfällung. Denn das aus den Erzen und Böden gelöste Metall bildet Moleküle, die sich zu großen Flocken eines polymeren Gels vereinen. Die gelatineähnliche Substanz verklebt die Kiemen von Fischen und legt sich als tödlicher Belag über alle Pflanzen.

Gerhard Furrer von der Eidgenössischen Technischen Hochschule in Zürich und seine Mitarbeiter haben jetzt in neun deutschen und kalifornischen Flüssen Proben entnommen und mithilfe der Magnetresonanzspektroskopie die Struktur dieser Aluminiummoleküle aufgeklärt. Dabei fanden die Forscher heraus, dass es sich bei der watteartigen Substanz um Komplexe handelt, in denen 13 Aluminium-, 40 Sauerstoff- und 48 Wasserstoffatome vereint sind. Ein einziger dieser Komplexe hat bereits ein Molekulargewicht von 1000 Gramm pro Mol und einen Durchmesser von etwa einem Nanometer.

Der so genannte Al₁₃-Komplex bildet sich, wenn der pH-Wert durch Mischung von Wässern über 5 ansteigt. Diese Umwandlung erfolgt rasch - binnen weniger Minuten - und in sehr kleinräumigen Reaktionszonen, weshalb sie in der Natur nur schwer zu beobachten ist. Sind die Flocken aus Al₁₃-Molekülen jedoch erst einmal entstanden, sind sie überaus stabil und können von Flüssen mehrere Wochen verfrachtet werden.

Und darin liegt auch die Bedeutung dieser Ergebnisse. Denn Al₁₃-Komplexe wirken nicht nur durch ihre gelartige Konsistenz, sie sind auch Gift für Pflanzen und vermutlich wichtigste Ursache für den Rückgang der Fischpopulationen in Bergbauregionen. Zudem wirken die geladenen Oberflächen der komplexen Aluminiummoleküle wie ein Magnet auf zahlreiche giftige Schwermetalle. Dieser Eigenschaft und der Langlebigkeit der Flocken wegen, sind die Folgen der Kohle- und Erzgewinnung auf die Umwelt viel weitreichender als bislang angenommen.