Untersuchung der weltweiten Verteilung von Dauergiften: der Grashüpfer-Effekt

Wie werden Dauergifte in Luft, Wasser, Böden und letztlich den Nahrungsketten weltweit verteilt ? Die meisten dieser Stoffe werden vor allem in der Atmosphäre transportiert – und zwar in mehreren ’Sprüngen’. Modellsimulationen zeigen, dass dieser sog. Grashüpfer-Effekt eine erhöhte Persistenz und eine Anreicherung der Problemstoffe in den Polargebieten bewirkt. Überraschenderweise sagen die Modellexperimente letzteres für bestimmte Stoffe sogar ohne den Grashüpfer-Effekt voraus. Dies unterstreicht die Notwendigkeit der Anwendung hochentwickelter Transportmodelle für diese Fragestellungen. Die Ergebnisse sind bedeutsam für das junge Fachgebiet Multikompartiment-Umweltchemie und für die Stoffrisikobewertung.

Langlebige (persistente), mittelflüchtige Substanzen können reemittieren, nachdem sie aus der Atmosphäre in den Ozean oder auf Landoberflächen abgelagert wurden. Ihr Ferntransport ist dann das Ergebnis mehrerer Emissions-Transport-Depositions-Zyklen (sog. Grashüpfer-Effekt). Die globale Verteilung und damit das Gefährdungspotenzial von Chemikalien kann mit einem Multikompartiment-Modell, das die geographische Verteilung und die Verteilung über die verschiedenen Umweltmedien beschreibt, untersucht werden. So besagt eine wichtige Hypothese der Umweltchemie, dass die beobachtete Anreicherung von vielen persistenten und bioakkumulativen Schadstoffen (’persistent organic pollutants’, POPs) in den Polargebieten, fernab der Anwendungsgebiete eine Konsequenz des Grashüpfer-Effekts sei.

In der vorliegenden Untersuchung wurde durch Separation der beiden Transportmodi im Modellexperiment zum ersten Mal die Bedeutung des Grashüpfer-Effekts auf das Ferntransport-Potenzial von zwei physikalisch-chemisch recht unterschiedlichen POPs, nämlich DDT und Lindan, untersucht. Dies sind historisch gesehen die bislang weltweit bedeutendsten Insektizide. Während DDT wegen seiner chronischen ’Nebenwirkungen’ für Nichtzielorganismen nur noch in tropischen Ländern und fast ausschließlich in Gesundheitsprogrammen (Vorbeugung gegen Wirte des Malaria-Erregers) eingesetzt wird, ist Lindan ein in sehr vielen Landwirtschaften, auch von Industriestaaten bedeutsames Pestizid. Lindan ist von Landoberflächen flüchtiger, wird aber durch Niederschlag auch rascher aus der Atmosphäre entfernt als DDT. Entsprechend der geografischen Verteilung der in der Landwirtschaft verbrauchten Mengen der beiden Insektizide resultieren unterschiedliche Ausbringungsverteilungen.

Es wurde gefunden, dass sowohl der Grashüpfer-Effekt als auch die Verteilung nach Erstemission für den Ferntransport bedeutsam sind. Der Grashüpfer-Effekt bewirkt eine Anreicherung in den Polargebieten. Darüber hinaus sagt das Modellexperiment eine Anreicherung von Lindan, nicht aber von DDT, in der Arktis und Antarktis sogar ohne dem Grashüpfer-Effekt voraus, allein aufgrund des Transports in der Atmosphäre, die einer Erstemission folgen. Innerhalb der atmosphärischen Grenzschicht und nahe der Ausbringungsregionen überwiegt der Grashüpfer-Transportmodus. Die Wahrscheinlichkeit in der freien Troposphäre und in noch höheren Luftschichten bereits revolatilisierte Lindan-Moleküle anzutreffen ist höher als für DDT-Moleküle, was mit rascherer Auswaschung und Reemission von Lindan an den Oberflächen zusammenhängt. Der Grashüpfer-Effekt verändert die Verteilung über die verschiedenen Umweltmedien und erhöht die Persistenz.

Zwar bestehen noch erhebliche Unsicherheiten in der Beschreibung einiger Prozesse, denen diese Stoffe in der Umwelt unterliegen, und sogar bezüglich der Stoffeigenschaften. Auch wurden in der Modellstudie noch Ferntransporte im Ozean ausgespart und ein künstliches, also nicht historisches Emissionsszenarium angenommen. Dennoch gewähren diese Untersuchungen wesentliche Einblicke in die Zyklen wichtiger Spurenstoffe und damit Fortschritte in der noch jungen Disziplin Umweltchemie auf der globalen Skala.

Diese Forschung wird in Kooperation mit dem Meteorologischen Institut der Universität Hamburg durchgeführt und erfuhr anfänglich eine Förderung durch die Behörde für Wissenschaft und Forschung des Landes Hamburg.