PFAS-Ewigkeitschemikalien in den Great Lakes: Studie kartiert 42 Jahre Belastung

In den Großen Seen reichern sich langlebige Schadstoffe an, die in der Umwelt praktisch nicht abgebaut werden – beginnend bei Algen am unteren Ende der Nahrungskette bis hin zu Weißkopfseeadlern an der Spitze.

Eine neue Untersuchung, die 42 Jahre an biologischen Aufzeichnungen zusammenführt, zeigt auf, wie sich diese sogenannten Ewigkeitschemikalien in der Region ausgebreitet haben – und dass jeder See dabei seine eigene Entwicklung aufweist.

Die Belastung ist großflächig, bleibt über lange Zeit bestehen und ist in manchen Fällen an ihrem Ursprung nur unzureichend verstanden.

Durchgeführt wurde die Forschung von einem Team der Universität Notre Dame unter der Leitung von Gary Lamberti und Daniele De Almeida Miranda.

Für die Auswertung wurden Ergebnisse aus 50 früheren Studien gebündelt; insgesamt flossen 2.500 biologische Messwerte ein.

Angestoßen wurde das Projekt ursprünglich durch eine Abschlussarbeit mit Auszeichnung von Peter Martin – damals Bachelorstudent, heute Doktorand an der Michigan-State-Universität.

Was Ewigkeitschemikalien anrichten

PFAS – per- und polyfluorierte Alkylsubstanzen – zählen zu den Stoffgruppen, die sich weltweit am schwersten zersetzen lassen.

Ihre Kohlenstoff-Fluor-Bindungen gehören zu den stabilsten in der Chemie und sind gegenüber Hitze, Wasser und natürlichem Abbau äußerst widerstandsfähig.

Weil diese Chemikalien nicht zerfallen, sammeln sie sich in Böden und Gewässern an. Nehmen Organismen PFAS auf, werden die Stoffe entlang der Nahrungskette weitergegeben – und die Konzentrationen steigen dabei von Stufe zu Stufe. Dieser Effekt wird als Biomagnifikation bezeichnet.

„Wir haben uns auf die Biota konzentriert, nicht auf das Wasser oder das Sediment, um zu bestimmen, welche Chemikalien in die Organismen gelangen – von Algen und Mikroben bis hin zu den Spitzenprädatoren wie Lachs und Weißkopfseeadlern“, sagte Lamberti.

Untersucht wurden sechs der am häufigsten nachgewiesenen PFAS-Verbindungen in den Großen Seen.

Zwar existieren tausende Varianten, doch diese sechs traten in den verfügbaren Daten so regelmäßig auf, dass sich ihre Entwicklung sinnvoll nachverfolgen ließ.

Jeder See zeigt ein anderes Muster

Zu den auffälligsten Ergebnissen gehört, wie stark sich die Seen voneinander unterscheiden – nicht nur beim Ausmaß der Belastung, sondern auch darin, wie sich diese Belastung über die Zeit verändert hat.

„Es gab in bestimmten Zeitabschnitten so viel Variation – und dann über die gesamte Zeitskala von 42 Jahren hinweg“, sagte Martin.

„Und das wirklich Erschütternde war, dass es nicht einen spezifischen zeitlichen Trend für alle fünf Großen Seen gab. Jeder See hatte sein eigenes spezifisches zeitliches Muster.“

Der Oberer See wies die niedrigsten Kontaminationswerte auf. Der Ontariosee zeigte die höchsten.

Dieses Gefälle spiegelt sowohl die Bevölkerungs- und Industriedichte in den umliegenden Regionen wider als auch die jeweiligen physikalischen Eigenschaften der Seen.

Wie lange die Schadstoffe im System bleiben

Oberer See und Michigansee sind größer und tiefer – das beeinflusst, wie schnell Wasser und darin enthaltene Schadstoffe durch die Seen transportiert werden.

Gerade dieser Punkt hat unangenehme Konsequenzen.

Die mittlere Verweildauer eines einzelnen Wassertropfens reicht von weniger als drei Jahren im Eriesee bis zu 200 Jahren im Oberer See.

„Leider halten die Großen Seen ihr Wasser und ihre Schadstoffe sehr lange fest, was bedeutet, dass ausreichend Zeit vorhanden ist, damit Toxine von der Biota aufgenommen werden“, sagte Lamberti.

Einige gute Nachrichten

Bei einer Verbindung gibt es immerhin einen Lichtblick.

PFOS – Perfluoroctansulfonsäure – wurde zwischen 2000 und 2002 schrittweise aus der Produktion genommen, und die PFOS-Werte in den Großen Seen gingen im Untersuchungszeitraum zurück.

Laut Lamberti zeigt dieser Rückgang, dass das Ausphasen einer Verbindung letztlich Wirkung entfalten kann – auch wenn es dafür Jahrzehnte braucht.

Wie PFAS durch das Nahrungsnetz wandern

Die Nahrungskette macht die Lage allerdings komplexer. Das Team stellte fest, dass Biomagnifikation nicht einfach als geradliniger, von Organismus zu Organismus identischer Prozess abläuft.

Wie stark PFAS angereichert werden, hängt von den beteiligten Arten ab – und davon, wie sie mit ihrer Umwelt in Wechselwirkung stehen.

„Es gibt verschiedene Wege, um an die Spitze des Nahrungsnetzes zu gelangen, und diese werden davon beeinflusst, welche Gruppen von Organismen wir haben“, sagte Miranda.

Wasserlebewesen nehmen PFAS sowohl über die Nahrung auf – also durch das Fressen anderer Organismen – als auch durch direkten Kontakt mit belastetem Wasser.

„Aber wenn ein Vogel einen Fisch frisst, wird der Vogel eine andere PFAS-Last haben, weil er nicht mit dem Wasser austauscht.“

Ausblick auf kommende Forschung

Miranda arbeitet inzwischen daran, eine wesentliche Lücke in den vorhandenen Daten zu schließen.

Ein Großteil dessen, was Forschende über PFAS in den Großen Seen wissen, stammt aus Untersuchungen von Spitzenprädatoren.

Deutlich weniger ist darüber bekannt, wie die Stoffe am unteren Ende der Nahrungskette einsteigen – etwa über Algen, Biofilm und Wasserinsekten.

„Wir sammeln mehrere Komponenten des Nahrungsnetzes, wie Biofilm, Detritus, Algen und Wasserinsekten, um zu sehen, wie PFAS an der Basis des Nahrungsnetzes eintragen und dort zirkulieren und sich bis zu den Spitzenprädatoren nach oben bewegen“, sagte Miranda.

„Selbst wenn man eine Verbindung aus der Produktion nimmt, wie PFOS, ist sie immer noch da und wird noch über Jahrzehnte vorhanden sein“, ergänzte Lamberti.

Und während eine Verbindung abnimmt, werden weiterhin neue entwickelt – die meisten davon, ohne dass sie vor dem Eintrag in die Umwelt umfassend auf Giftigkeit getestet wurden.