Technische Universität Berlin
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Medieninformation | 20. April 2021 | sn

Eisenminerale schützen Grundwasser vor Arsen

Ein Team der TU Berlin und des Karlsruher Instituts für Technologie erforschten, warum die Konzentration des toxischen Elementes stark schwankt

Erhöhte Arsenwerte im Grundwasser sind ein Gesundheitsproblem, von dem weltweit über 100 Millionen Menschen betroffen sind. Dies trifft insbesondere auf die Deltaregionen in Südostasien zu. Ohne zentrale Trinkwasserversorgung ist die Bevölkerung auf das Arsen-verunreinigte Grundwasser als Trinkwasser angewiesen. Durch die Bewässerung von landwirtschaftlichen Flächen gelangt das toxische Element auf einem zusätzlichen Pfad in die Nahrungskette und gefährdet so die Gesundheit vieler Menschen.

Vergiftungserscheinungen stellen sich allerdings erst nach einigen Jahren regelmäßigen Wasserkonsums bei Menschen ein und können zu massiven Störungen des zentralen Nervensystems, zu Herzproblemen oder zu Krebs führen. Typische Zeichen einer fortgeschrittenen Arsenerkrankung sind dunkle Hautflecken an Handinnenflächen und Fußsohlen.

Wann wird ein „guter“ Brunnen zu einem „schlechten“ Brunnen?

Die Verunreinigungen mit Arsen schwanken in den betroffenen Gebieten jedoch sehr stark. Innerhalb von nur kurzen Distanzen können Brunnen sehr große Unterschiede in der Arsenkonzentration aufweisen. Teilweise liegen diese unterhalb des WHO-Grenzwertes von 10 Mikrogramm pro Liter, teilweise werden aber auch toxische Konzentrationen von über 500 Mikrogramm pro Liter erreicht. Diese kleinräumige Verteilung ist für die Bevölkerung hochriskant, da kaum vorhersagbar ist, ob ein Brunnen für längere Zeiträume unbedenkliches Trinkwasser liefert. Insofern ist die Frage offen, wie schnell und unter welchen Bedingungen der Arsengehalt im Grundwasser sich an einem Ort verändert und so ein „guter“ Brunnen zu einem „schlechten“ Brunnen wird.

Bekannt ist, dass hohe Arsenkonzentrationen nur in Sauerstoff-armen Grundgewässern auftreten. Im Gegensatz dazu, ist der Gehalt in Sauerstoff-reichen Grundgewässern nicht bedenklich. Beide Wasserkörper werden durch eine Übergangszone, einer sogenannten Redoxfront voneinander getrennt. Entscheidend für das Ausbreitungsverhalten von Arsen ist somit die Frage, wie stabil diese Redoxgrenzen im Untergrund bei strömendem Grundwasser sind.

Dieser Frage hat sich ein Team von Geochemiker*innen und Mineralog*innen der TU Berlin und des Karlsruher Instituts für Technologie gewidmet. Die Arbeiten wurden im Rahmen des Verbundprojektes AdvectAs der Deutschen Forschungsgemeinschaft am Standort Van Phuc in der Nähe der vietnamesischen Hauptstadt Hanoi durchgeführt. Die Verhältnisse an diesem Standort gelten als exemplarisch für viele Arsen-belastete Regionen in Südostasien.

Gute Nachrichten für die Bevölkerung

Die Forscher*innen um Projektleiter Prof. Dr. Thomas Neumann, der an der TU Berlin das Fachgebiet Angewandte Geochemie lehrt, konnten zeigen, dass im Bereich der Redoxfronten bestimmte Mineraltransformationen ablaufen. Dabei spielen die Eisenminerale Pyrit, Siderit, Ferrihydrit, Goethit und Magnetit eine entscheidende Rolle. Je nach Rückhaltvermögen dieser Minerale wird das Arsen bei deren Auflösung in unterschiedlichen Mengen freigesetzt und anschließend wieder in neue Mineralphasen eingebaut. Diese Transformationen sind dafür verantwortlich, dass das Arsen innerhalb der Redoxübergänge zurückgehalten wird, obwohl sich das Grundwasser weiter ausbreitet. Altersbestimmungen der Grundwässer und Modellierungen zeigen, dass diese Fronten über Jahrzehnte orts-stabil sind.

„Dies sind gute Neuigkeiten für die betroffene Bevölkerung, da die Ausbreitung des Arsen-belasteten Wassers durch die Eisenminerale stark gehemmt ist und die Wasserqualität von ‚guten‘ Brunnen über Jahre hin nicht stark beeinflusst wird“, sagt Prof. Dr. Thomas Neumann. Die Ergebnisse der Forschungen wurden kürzlich in der Fachzeitschrift „Geochimica et Cosmochimica Acta“ (Kontny et al 2021) publiziert.

Publikation

Kontny A., Schneider M., Eiche E., Stopelli E., Gladowsky M., Rathi B., Göttlicher J., Byrne J.M., Kappler A., Berg M., Duyen V.T., Trang T.K.T., Viet V. & Neumann T. (2021) Iron mineral transformation and their impact on As (im)mobilization at redox interfaces in As-contaminated aquifers. Geochimica Cosmochimica Acta 296, 189-209

Kontakt

Prof. Dr.

Thomas Neumann

Fachgebiet Angewandte Geochemie

neumann@tu-berlin.de