Forscherinnen der Universität Tübingen untersuchen die Folgen des Eintrags von verunreinigtem Löschwasser in den Fluss

Bei Löscharbeiten nach einem Mühlenbrand gelangten am 22. August 2015 versehentlich große Mengen an Kunstdünger in die Jagst. Neben der giftigen Wirkung auf die Fische und dem Sauerstoffentzug im Wasser führt das aus den landwirtschaftlichen Düngemitteln stammende Ammoniumnitrat auch im Flusswasser zu einer starken Düngung – und einer massenhaften Vermehrung von Algen. Dr. Julia Kleinteich und Professorin Christiane Zarfl vom Zentrum für Angewandte Geowissenschaften der Universität Tübingen haben das Algenwachstum seit dem Giftunfall beobachtet und dabei einen etwa 50 Kilometer langen Flussabschnitt zwischen der Jagstmündung in den Neckar und Gommersdorf an der Jagst beprobt.

Die Wissenschaftlerinnen nahmen am 2. und am 7. September Wasser- und Sedimentproben, die im Labor näher untersucht werden. Dabei dient die Konzentration des Chlorophylls, des grünen Farbstoffs, der die Algen zur Fotosynthese befähigt, als Indikator für die Biomasse der Algen. Untersuchungen zur Artenzusammensetzung und deren Änderung im Zuge der Überdüngung des Flusses stehen noch an.

Bei der Probennahme am 2. September lag die Hälfte der Entnahmestellen in Herbolzheim, Züttlingen und Ruchsen unterhalb, also flussabwärts der Ammoniumfahne und war nicht von dieser beeinflusst, während die andere Hälfte der Proben direkt aus der Ammoniumfahne oder von deutlich dahinter liegenden Stellen genommen wurde, in Jagsthausen, Bieringen und Gommersdorf. „Bereits mit bloßem Auge ließ sich bei der zweiten Hälfte der Proben die massenhafte Algenvermehrung und grüne Färbung des Flusswassers erkennen“, berichtet Julia Kleinteich. Einer ersten Einschätzung zufolge hat nicht nur eine einzelne Algenart, sondern haben viele verschiedene Arten wie Kieselalgen und Grünalgen von der plötzlichen Düngung profitiert.

Am 7. September kam die Ammoniumfahne an der Mündung der Jagst in den Neckar an und wurde stark vom Neckarwasser verdünnt. „Wir haben nochmals eine längere Strecke hinter der Fahne beprobt, um so einen Rückgang der Algenblüte dokumentieren zu können“, sagt Zarfl. In Bieringen und Jagsthausen sei die Algenblüte bereits deutlich zurückgegangen und habe sich nach Herbolzheim und Untergrießheim etwa 20 Kilometer flussabwärts, der Ammoniumfahne folgend, verlagert. „Wenn die Algenmassen absterben, wird dem Flusswasser bei der Zersetzung erneut Sauerstoff entzogen“, erklärt die Wissenschaftlerin. „Es könnte daher sinnvoll sein, die Jagst für eine Weile weiterhin zu belüften, zum Beispiel so, wie es bislang über die Umwälzung des Fließgewässers und die dadurch entstandenen Turbulenzen in der Jagst erfolgt ist.“

Kontakt:
Juniorprofessorin Dr. Christiane Zarfl
Universität Tübingen
Mathematisch-Naturwissenschaftliche Fakultät
Zentrum für Angewandte Geowissenschaften
Telefon +49 7071 29-76076
christiane.zarfl@uni-tuebingen.de

Wissenschaftler identifizieren das Grundwasser als Quelle hoher Phosphor-Belastungen von Seen

Lange Zeit war die Ursache für die außergewöhnlich hohen Phosphor-Konzentrationen im Arendsee im Norden Sachsen-Anhalts ein Rätsel. Nun steht fest: Der Nährstoff, der u.a. für ausgeprägte Algenblüten in den Sommermonaten verantwortlich ist, gelangt über das Grundwasser in den See. Wissenschaftler des Leibniz-Instituts für Gewässerökologie und Binnenfischerei (IGB) in Berlin konnten erstmals nachweisen, dass das Grundwasser für die hohe Belastung eines Sees verantwortlich ist. Unterstützt wurden sie dabei von Bürgern der Stadt Arendsee. Ihre Ergebnisse veröffentlichten sie in der Fachzeitschrift „Journal of Hydrology“.
Phosphor ist ein elementarer Nährstoff und eine wichtige Grundlage für das Leben in Flüssen und Seen. Zu viel davon führt jedoch zu einer unerwünschten Überdüngung von Gewässern. Es kommt beispielsweise zu wiederkehrenden Algenblüten, die im natürlichen Zustand nicht auftreten würden. Mittelfristig gefährdet die Anreicherung mit Nährstoffen (die sogenannte Eutrophierung) unter anderem die Artenvielfalt in den betroffenen Gewässern.

Hohe Phosphor-Konzentrationen im Arendsee enträtselt
Zahlreiche Seen in Deutschland und Europa sind inzwischen von der Eutrophierung betroffen, darunter auch der Arendsee im Nordosten Sachsen-Anhalts. Dort hat sich in den letzten Jahrzehnten ein Überangebot an Phosphor entwickelt. In der Folge kommt es vor allem in den Frühjahrs- und Sommermonaten immer wieder zu einem übermäßigen Wachstum von Algen und Cyanobakterien, die die Nutzung als Badegewässer vorübergehend einschränken.
Wissenschaftler erforschen vor Ort die Ursachen der außergewöhnlich hohen Phosphor-Konzentrationen. „Unsere Untersuchungen zeigen, dass Phosphor vor allem über das Grundwasser in den Arendsee gelangt“, sagt Karin Meinikmann, die das Phänomen im Rahmen ihrer Doktorarbeit am Leibniz-IGB erforscht. Im Vergleich mit anderen potentiellen Eintraspfaden (z. B. landwirtschaftliche Dränwässer) sei das Grundwasser sogar für mehr als 50 Prozent der Phosphor-Last des Sees verantwortlich. Bisher galt Phosphor als schwer löslich und damit im Grundwasser als nicht mobil. Umso überraschender ist deshalb das Ergebnis der Wissenschaftler.

Einwohner unterstützen Beprobung des Grundwassers
„Unsere hydrologischen Untersuchungen ergaben, dass das Grundwasser in diesem Bereich in nördliche Richtung fließt“, erklärt Karin Meinikmann. Das Grundwasser gelangt demzufolge über das Stadtgebiet von Arendsee in den See. Bei der Bestimmung der Grundwasserqualität setzten die Wissenschaftler deshalb auch auf die Unterstützung der Anwohner: „ Viele brachten uns Wasser aus ihren privaten Hausbrunnen zur Analyse“, erzählt Meinikmann. „Dadurch bekamen wir ein räumlich vergleichsweise hochaufgelöstes Bild der Phosphor-Konzentrationen des Grundwassers im gesamten Stadtgebiet.“
Das Ergebnis: Vor allem das Grundwasser im Siedlungsbereich ist großflächig mit Phosphor belastet. Auch andere Nährstoffe wie Stickstoff wurden dort in hohen Konzentrationen gefunden. Messstellen im landwirtschaftlichen Bereich des Einzugsgebietes zeigten hingegen keine auffälligen Phosphor-Konzentrationen.

Ursachen für hohe Phosphor-Konzentrationen im Grundwasser bislang unbekannt
„Was die Ursache für die starke Belastung des Grundwassers mit Phosphor ist, lässt sich im Moment noch nicht sicher sagen. Das lässt das Land Sachsen-Anhalt derzeit intensiv untersuchen“, erklärt Dr. Michael Hupfer, der sich seit 1994 intensiv mit dem Arendsee beschäftigt. Die Werte legen nahe, dass die potentielle Quelle der hohen Nährstoff-Konzentrationen mit den Siedlungsanlagen in Verbindung steht. Ein möglicher Anhaltspunkt könnten Studien sein, die darauf hindeuten, dass in Deutschland erhebliche Mengen des häuslichen Abwassers durch Leckagen in die Sickerwasserzone gelangen. „Üblicherweise werden Nähr- und Schadstoff-Konzentrationen durch Abbau- und Retentionsprozesse in der Sicker- und Grundwasserzone vermindert“, ergänzt IGB-Wissenschaftler Dr. Jörg Lewandowski. „Die entsprechenden Kapazitäten sind jedoch begrenzt: Sind sie aufgebraucht, können die schädlichen Komponenten noch Jahrzehnte später bis ins Grundwasser und in Flüsse und Seen gelangen.“

Ergebnisse legen Anpassungen der Richtlinien und Grenzwerte nahe
Der Arendsees ist der erste See, an dem eine Belastung des Grundwassers mit Phosphor als maßgebliche Ursache für den ökologisch schlechten Zustand nachgewiesen werden konnte. Die Wissenschaftler vermuten, dass dieses Phänomen aber auch in vielen anderen Gewässern auftritt. Da bislang vielerorts Untersuchungen dazu fehlen, wird der Aspekt bei Managementmaßnahmen an Gewässern noch unzureichend berücksichtigt. „Vor allem der zeitverzögerte Einfluss des Grundwassers wurde lange Zeit unterschätzt“, sagt Meinikmann.
Weder für die Gewässer noch für das Grundwasser existieren bislang anerkannte, ökologisch bedeutsame Grenzwerte. Stellt sich heraus, dass das Grundwasser weit bedeutsamer für die Eutrophierung von Gewässern ist, als bisher angenommen, müssten gesetzliche Richtlinien und Vorschriften entsprechend angepasst werden.

Quelle:
Meinikmann, K., Hupfer, M., Lewandowski, J. (2015): Phosphorus in groundwater discharge – A potential source for lake eutrophication. Journal of Hydrology, 524: 214-226. doi:10.1016/j.jhydrol.2015.02.031.

Kontakt:
Karin Meinikmann, Dr. Jörg Lewandowski, Dr. Michael Hupfer
Leibniz-Institut für Gewässerökologie und Binnenfischerei (IGB)
Müggelseedamm 310
12587 Berlin
Tel. 030 64181 671
E-Mail: meinikmann@igb-berlin.de
Angelina Tittmann
Leibniz-Institut für Gewässerökologie und Binnenfischerei (IGB)
Presse- und Öffentlichkeitsarbeit
Tel.: +49 (0) 30 64181 631
tittmann@igb-berlin.de

Wissenschaftler identifizieren das Grundwasser als Quelle hoher Phosphor-Belastungen von Seen

Lange Zeit war die Ursache für die außergewöhnlich hohen Phosphor-Konzentrationen im Arendsee im Norden Sachsen-Anhalts ein Rätsel. Nun steht fest: Der Nährstoff, der u.a. für ausgeprägte Algenblüten in den Sommermonaten verantwortlich ist, gelangt über das Grundwasser in den See. Wissenschaftler des Leibniz-Instituts für Gewässerökologie und Binnenfischerei (IGB) in Berlin konnten erstmals nachweisen, dass das Grundwasser für die hohe Belastung eines Sees verantwortlich ist. Unterstützt wurden sie dabei von Bürgern der Stadt Arendsee. Ihre Ergebnisse veröffentlichten sie in der Fachzeitschrift „Journal of Hydrology“.
Phosphor ist ein elementarer Nährstoff und eine wichtige Grundlage für das Leben in Flüssen und Seen. Zu viel davon führt jedoch zu einer unerwünschten Überdüngung von Gewässern. Es kommt beispielsweise zu wiederkehrenden Algenblüten, die im natürlichen Zustand nicht auftreten würden. Mittelfristig gefährdet die Anreicherung mit Nährstoffen (die sogenannte Eutrophierung) unter anderem die Artenvielfalt in den betroffenen Gewässern.

Hohe Phosphor-Konzentrationen im Arendsee enträtselt
Zahlreiche Seen in Deutschland und Europa sind inzwischen von der Eutrophierung betroffen, darunter auch der Arendsee im Nordosten Sachsen-Anhalts. Dort hat sich in den letzten Jahrzehnten ein Überangebot an Phosphor entwickelt. In der Folge kommt es vor allem in den Frühjahrs- und Sommermonaten immer wieder zu einem übermäßigen Wachstum von Algen und Cyanobakterien, die die Nutzung als Badegewässer vorübergehend einschränken.
Wissenschaftler erforschen vor Ort die Ursachen der außergewöhnlich hohen Phosphor-Konzentrationen. „Unsere Untersuchungen zeigen, dass Phosphor vor allem über das Grundwasser in den Arendsee gelangt“, sagt Karin Meinikmann, die das Phänomen im Rahmen ihrer Doktorarbeit am Leibniz-IGB erforscht. Im Vergleich mit anderen potentiellen Eintraspfaden (z. B. landwirtschaftliche Dränwässer) sei das Grundwasser sogar für mehr als 50 Prozent der Phosphor-Last des Sees verantwortlich. Bisher galt Phosphor als schwer löslich und damit im Grundwasser als nicht mobil. Umso überraschender ist deshalb das Ergebnis der Wissenschaftler.

Einwohner unterstützen Beprobung des Grundwassers
„Unsere hydrologischen Untersuchungen ergaben, dass das Grundwasser in diesem Bereich in nördliche Richtung fließt“, erklärt Karin Meinikmann. Das Grundwasser gelangt demzufolge über das Stadtgebiet von Arendsee in den See. Bei der Bestimmung der Grundwasserqualität setzten die Wissenschaftler deshalb auch auf die Unterstützung der Anwohner: „ Viele brachten uns Wasser aus ihren privaten Hausbrunnen zur Analyse“, erzählt Meinikmann. „Dadurch bekamen wir ein räumlich vergleichsweise hochaufgelöstes Bild der Phosphor-Konzentrationen des Grundwassers im gesamten Stadtgebiet.“
Das Ergebnis: Vor allem das Grundwasser im Siedlungsbereich ist großflächig mit Phosphor belastet. Auch andere Nährstoffe wie Stickstoff wurden dort in hohen Konzentrationen gefunden. Messstellen im landwirtschaftlichen Bereich des Einzugsgebietes zeigten hingegen keine auffälligen Phosphor-Konzentrationen.

Ursachen für hohe Phosphor-Konzentrationen im Grundwasser bislang unbekannt
„Was die Ursache für die starke Belastung des Grundwassers mit Phosphor ist, lässt sich im Moment noch nicht sicher sagen. Das lässt das Land Sachsen-Anhalt derzeit intensiv untersuchen“, erklärt Dr. Michael Hupfer, der sich seit 1994 intensiv mit dem Arendsee beschäftigt. Die Werte legen nahe, dass die potentielle Quelle der hohen Nährstoff-Konzentrationen mit den Siedlungsanlagen in Verbindung steht. Ein möglicher Anhaltspunkt könnten Studien sein, die darauf hindeuten, dass in Deutschland erhebliche Mengen des häuslichen Abwassers durch Leckagen in die Sickerwasserzone gelangen. „Üblicherweise werden Nähr- und Schadstoff-Konzentrationen durch Abbau- und Retentionsprozesse in der Sicker- und Grundwasserzone vermindert“, ergänzt IGB-Wissenschaftler Dr. Jörg Lewandowski. „Die entsprechenden Kapazitäten sind jedoch begrenzt: Sind sie aufgebraucht, können die schädlichen Komponenten noch Jahrzehnte später bis ins Grundwasser und in Flüsse und Seen gelangen.“

Ergebnisse legen Anpassungen der Richtlinien und Grenzwerte nahe
Der Arendsees ist der erste See, an dem eine Belastung des Grundwassers mit Phosphor als maßgebliche Ursache für den ökologisch schlechten Zustand nachgewiesen werden konnte. Die Wissenschaftler vermuten, dass dieses Phänomen aber auch in vielen anderen Gewässern auftritt. Da bislang vielerorts Untersuchungen dazu fehlen, wird der Aspekt bei Managementmaßnahmen an Gewässern noch unzureichend berücksichtigt. „Vor allem der zeitverzögerte Einfluss des Grundwassers wurde lange Zeit unterschätzt“, sagt Meinikmann.
Weder für die Gewässer noch für das Grundwasser existieren bislang anerkannte, ökologisch bedeutsame Grenzwerte. Stellt sich heraus, dass das Grundwasser weit bedeutsamer für die Eutrophierung von Gewässern ist, als bisher angenommen, müssten gesetzliche Richtlinien und Vorschriften entsprechend angepasst werden.

Quelle:
Meinikmann, K., Hupfer, M., Lewandowski, J. (2015): Phosphorus in groundwater discharge – A potential source for lake eutrophication. Journal of Hydrology, 524: 214-226. doi:10.1016/j.jhydrol.2015.02.031.

Kontakt:
Karin Meinikmann, Dr. Jörg Lewandowski, Dr. Michael Hupfer
Leibniz-Institut für Gewässerökologie und Binnenfischerei (IGB)
Müggelseedamm 310
12587 Berlin
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Angelina Tittmann
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Wärmepumpen ermöglichen die klimaschonende und effiziente Gewinnung von Strom und Wärme. Das ist Thema der neuen Ausgabe von Physikkonkret der Deutschen Physikalischen Gesellschaft (DPG)

Seit der Beherrschung des Feuers wandelt der Mensch Brennstoffe in Wärme um. Aber selbst der beste Heizkessel kann nicht mehr Wärmeenergie für die Gebäudeheizung produzieren als man über den Brennstoff zur Verfügung stellt. Das ist bei elektrisch betriebenen Wärmepumpen anders. Sie nehmen zusätzlich Energie aus der Umgebung auf. Damit können Verluste bei der Erzeugung des für die Wärmepumpe erforderlichen Stroms mehr als ausgeglichen werden.

Alles in allem gehört die Wärmepumpe zu den effizientesten und klimaschonendsten Methoden, Strom und Wärme zu gewinnen. Die neue Ausgabe von Physikkonkret stellt Argumente für und wider die Wärmepumpe, vor allem im Vergleich mit Blockheizkraftwerken, gegenüber.

Physikkonkret bietet in kompakter und allgemeinverständlicher Form Fakten zu aktuellen wissenschaftlichen oder wissenschaftspolitischen Themen. Mit dem kostenlosen Faktenblatt möchte sich die DPG mit ihrer Expertise in die öffentliche Diskussion einbringen und bei zentralen Fragen Entscheidungsträgern in Politik, Wirtschaft und Gesellschaft zur Verfügung stehen.

Die Deutsche Physikalische Gesellschaft e. V. (DPG), deren Tradition bis in das Jahr 1845 zurückreicht, ist die älteste nationale und mit über 62.000 Mitgliedern auch größte physikalische Fachgesellschaft der Welt. Als gemeinnütziger Verein verfolgt sie keine wirtschaftlichen Interessen. Die DPG fördert mit Tagungen, Veranstaltungen und Publikationen den Wissenstransfer innerhalb der wissenschaftlichen Gemeinschaft und möchte allen Neugierigen ein Fenster zur Physik öffnen. Besondere Schwerpunkte sind die Förderung des naturwissenschaftlichen Nachwuchses und der Chancengleichheit. Sitz der DPG ist Bad Honnef am Rhein. Hauptstadtrepräsentanz ist das Magnus-Haus Berlin.
Website: www.dpg-physik.de

Weitere Informationen:
http://www.dpg-physik.de/veroeffentlichung/physik_konkret/pix/Physik_Konkret_24.pdf

Viele Kosmetika wie Sonnencremes enthalten Titandioxid. Die Nanopartikel sind umstritten. Experten vermuten schädliche Wirkungen für Mensch und Umwelt. Die Teilchen lassen sich in den Cremes schwer nachweisen. Mit einer Messmethode von Fraunhofer-Forschern lassen sich die Partikel exakt bestimmen.

Beim Eintritt eines Nanopartikels ins Plasma entsteht ein diskontinuierliches Signal. Die Signalintensität korreliert mit der Partikelgröße.
Immer mehr Konsumgüter enthalten Nanopartikel. Besonders sensibel ist der Einsatz der winzigen Teilchen in Kosmetika, da der Verbraucher direkt mit den Produkten in Berührung kommt. In Sonnenschutzcremes etwa finden sich Nano-Titandioxidpartikel. Sie dienen als UV-Schutz: Wie ein Film aus unzähligen Spiegeln legen sie sich auf die Haut und reflektieren die UV-Strahlen. Aber die winzigen Partikel sind umstritten. Sie können in die Haut eindringen, wenn diese verletzt ist und entzündliche Reaktionen auslösen. Problematisch ist der Einsatz in Sonnensprays. Wissenschaftler befürchten, dass die Partikel beim Einatmen die Lunge schädigen könnten. Auch die Wirkung auf die Umwelt ist noch nicht ausreichend erforscht. Untersuchungen legen nahe, dass durch Sonnencremes in Badeseen gelangtes Titandioxid das ökologische Gleichgewicht gefährden kann. Seit Juli 2013 gilt daher laut einer EU-Verordnung für Kosmetika und Körperpflegeprodukte die Kennzeichnungspflicht. Wenn im Produkt Inhaltsstoffe in Nanogröße eingesetzt werden, müssen Hersteller dies mit dem Zusatz »Nano« kenntlich machen. Aufgrund der Vorgaben seitens des Gesetzgebers ist der Bedarf nach Analysemethoden groß.

Partikelgröße bis in den kleinsten Bereiche bestimmen
Die aktuellen bildgebenden elektronenmikroskopischen Verfahren wie die Transmissions- oder Rasterelektronenmikroskopie basieren auf der Lichtstreuung. Mit ihnen werden alle vorhandenen Partikel detektiert. Zwischen einem Fussel, einer Zelle oder einem Nanoteilchen unterscheiden sie nicht. Mit diesen Methoden lassen sich vor allem Oberflächeneigenschaften und Formen untersuchen.

»Die Lichtstreuverfahren und die Mikroskopie sind für viele, unter anderem toxikologische Untersuchungen nicht selektiv genug«, sagt Gabriele Beck-Schwadorf, Wissenschaftlerin am Fraunhofer-Institut für Grenzflächen und Bioverfahrenstechnik IGB in Stuttgart. Die Gruppenleiterin und ihr Team haben eine bestehende Messmethode weiterentwickelt und verfeinert, sodass sich Titandioxid-Nanoteilchen in komplexen Medien, die aus vielen Komponenten bestehen, hochsensitiv und empfindlich bestimmen lassen. Per Massenspektrometrie messen die Forscher einzelne Partikel mit induktiv gekoppeltem Plasma (engl. single particle inductively coupled plasma mass spectrometry, SP-ICP-MS). »Mit dieser Methode bestimme ich Massen. Titan hat die Atommasse 48 amu (engl. atomic mass unit). Stelle ich das Spektrometer darauf ein, so kann ich gezielt Titan messen«, erklärt Katrin Sommer, Lebensmittelchemikerin am IGB.

Bei der Partikelmessung wird eine Suspension ins Plasma versprüht, die sowohl große als auch kleine Teilchen mit inhomogener Verteilung enthält. Die Suspension muss stark verdünnt werden, sodass möglichst ein Titandioxid-Partikel nach dem anderen detektiert wird und analysiert werden kann. Im etwa 7000 Kelvin heißen Plasma werden aus den Partikeln Ionen gebildet, die als Ionenwolke zum Detektor des Spektrometers gelangen und innerhalb einer kurzen Messzeit von etwa drei Millisekunden gezählt werden. Die Signalintensität korreliert mit der Partikelgröße. »Die Intensität rechnen wir in Nanometer um. Zeitgleich zählen wir die Partikelsignale, woraus wir die Partikelkonzentration bis auf 10 Prozent genau berechnen. Wir können exakt feststellen, wieviele Partikel eine bestimmte Größe haben«, erläutert Sommer die Vorgehensweise.

Ursprünglich entwickelten die Wissenschaftler vom IGB die Methode, um Titandioxid-Nanopartikel im Abwasser zu messen. »Aber das Verfahren eignet sich allgemein für komplexe Medien und lässt sich auch auf Sonnenschutzcremes anwenden«, sagt die Forscherin. Die Besonderheit: Das Team vom IGB führte die Datenanalyse und die Datenverarbeitung ohne spezielle Software durch. »Wir haben die Rohdaten mit einem Standard-Rechenprogramm statistisch ausgewertet und können so herstellerunabhängig arbeiten. Im Vergleich zu bestehenden Methoden handelt es sich bei SP-ICP-MS um ein schnelles Verfahren, mit Bestimmungsgrenzen bis in den Ultraspurenbereich unter einem ppm (engl. parts per million).« Beispielsweise lässt sich eine Probe von wenigen Millilitern in etwa sechs Minuten untersuchen.

Hersteller von Kosmetika, Unternehmen der Nanotechnologie-Branche und Verbraucher können die Partikelanalytik zur Qualitätssicherung von Sonnenschutz- und Körperpflegeprodukten, aber auch von Wasser, Trinkwasser und Lebensmitteln nutzen. Die Forscher planen, künftig auch andere Nanoteilchen wie etwa Siliziumdioxid-Partikel zu messen. Ob ein Produkt Nanopartikel enthält, lässt sich nur durch komplexe Messungen feststellen. Um das Vorliegen von Nanoteilchen festzustellen, wird deren Größe oder die Größenverteilung bestimmt. Nach Definition der EU handelt es sich um deklarierpflichtiges Nanomaterial, wenn mindestens 50 Prozent der enthaltenen Teilchen eine Größe von 1 bis 100 Nanometer (nm) aufweisen. Bisherige Analyseverfahren stoßen hier an ihre Grenzen. Mit ihnen können Partikelgrößen nur in reinen Lösungen nachgewiesen werden. Sie eignen sich nicht für die Analyse von komplexen Medien wie sie in Kosmetika vorliegen. Zudem lassen sich Nanopartikel mit unterschiedlichen chemischen Eigenschaften damit nicht voneinander unterscheiden.

http://www.igb.fraunhofer.de/de/presse-medien/presseinformationen/2015/nanopartikel-in-sonnenschutzmitteln-nachweisen.html

Lüneburg. Nachhaltigkeitswissenschaftler der Leuphana Universität Lüneburg haben ein einfaches Verfahren entwickelt, das Aussagen darüber zulässt, wie stark der Einsatz von Antibiotika in der Nutztierhaltung die Umwelt in einer bestimmten Region belastet. Das Verfahren heißt Usage Pattern-based Exposure Screening (UPES). Dabei nutzen die Forscher Datensätze über die Verabreichung von Antibiotika an Nutztiere in den letzten Jahren und modellieren daraus sogenannte „Verbrauchsmuster“. Gezielter als bisher können auf diese Weise besonders problematische antibiotische Substanzen identifiziert werden. Die Fallstudie in Nordwestdeutschland zeigt ein „besorgniserregendes Ergebnis“.

Für das UPES nutzt das Forscherteam Datensätze über die Verabreichung von Antibiotika an Nutztiere in den letzten Jahren und modelliert daraus sogenannte „Verbrauchsmuster“. Gezielter als bisher können auf diese Weise besonders problematische antibiotische Substanzen identifiziert und weitere Tests zur Risikoeinschätzung, beispielsweise Boden- und Wasseranalysen, durchgeführt werden.

Die Wissenschaftler bündeln Daten aus existierenden Studien zur Verabreichungsmenge und -häufigkeit verschiedener Antibiotika sowie zu den behandelten Tierarten. Auf dieser Grundlage modellieren sie Verbrauchsmuster, die Informationen zu der in der Gülle vorhandenen Konzentration von Antibiotika liefern. Ausgehend von der Gülle, die als Wirtschaftsdünger auf den Feldern ausgebracht wird, sind Rückschlüsse auf die in einer bestimmten Region zu erwartende Umweltbelastung durch einzelne antibiotische Substanzen möglich. Wirkstoffe, die aufgrund ihres großen und häufigen Verbrauchs ein besonders hohes Risiko für die Umwelt bergen, können herausgefiltert und in Nachfolgestudien gezielt untersucht werden. So sind potenzielle Risiken für Mensch und Umwelt früher erkennbar und können detaillierter bewertet werden.

Für ihre Fallstudie zu Nordwestdeutschland nutzten die Forscher zwei zwischen 2007 und 2011 erstellte Studien des Niedersächsischen Landesamtes für Verbraucherschutz und Lebensmittelsicherheit (LAVES) und des Bundesinstituts für Risikobewertung (BfR) zum Antibiotikaeinsatz in der Nutztierhaltung. „Die Ergebnisse sind besorgniserregend,“ erklärt Jakob Menz, Hauptautor der Studie. „Selbst bei Annahme einer durchschnittlich häufigen Anwendung können Umweltwirkungen nicht ausgeschlossen werden.“ Insgesamt 14 antibiotische Substanzen können ihrer Modellierung zufolge in potenziell umweltgefährdenden Konzentrationen in der untersuchten Region vorkommen.

Das Umweltbundesamt schätzt, dass in der Tiermedizin zwei- bis dreimal so viele Antibiotika verabreicht werden wie in der Humanmedizin. Der freigebige Umgang mit Veterinärantibiotika birgt jedoch erhebliche Risiken für Mensch und Umwelt. Ein großer Teil der Wirkstoffe wird von den Tieren unverändert wieder ausgeschieden. Durch das Ausbringen von Gülle oder die Weidetierhaltung gelangen die medizinischen Substanzen in die Böden, Oberflächengewässer und ins Grundwasser. Die Folge können eine Begünstigung der Ausbreitung von Antibiotikaresistenzen, beispielsweise in Form von multiresistenten Erregern (MRE), sowie die Beeinträchtigung natürlich vorkommender mikrobieller Lebensgemeinschaften sein. Letzteres könnte wiederum in stark belasteten Böden zu einer Verminderung der Bodenfruchtbarkeit beitragen.

Daten zu den tatsächlich verabreichten Antibiotikamengen in der Nutztierhaltung waren lange nur in sehr geringem Umfang vorhanden. Erst seit 2014 müssen Tiermastbetriebe Art und Menge der von ihnen verabreichten Antibiotika regelmäßig an die zuständigen Behörden melden. Durch die Verbesserung der Datenbasis könnten künftig mit Hilfe des UPES-Verfahrens detaillierte Risikoeinschätzungen auch für andere Regionen in Deutschland durchgeführt werden. Darüber hinaus kann UPES problemlos mit weiterführenden Modellen kombiniert werden, wodurch auch die Vorhersage des Eintrags von Antibiotika in Gewässer entscheidend vereinfacht wird. Diese erweiterte Form der Anwendung setzen die Leuphana Wissenschaftler bereits in einem gemeinsamen Projekt mit dem Ministerium für Klimaschutz, Umwelt, Landwirtschaft, Natur- und Verbraucherschutz des Landes Nordrhein-Westfalen um. Ziel des Projektes ist die nachhaltige Verminderung der Belastung von Oberflächengewässern mit Veterinärarzneimitteln im Einzugsgebiet der Talsperre Haltern.

Menz, Jakob; Schneider, Mandy; Kümmerer, Klaus (2015). Usage Pattern-Based Exposure Screening as a Simple Tool for the Regional Priority-Setting in Environmental Risk Assessment of Veterinary Antibiotics: A Case Study of North-Western Germany. Chemosphere 127, 42-48.

Kontakt:
Dipl.-Biol. Jakob Menz
Leuphana Universität Lüneburg
Institut für Nachhaltige Chemie und Umweltchemie
Telefon +49.4131.677-2863
jakob.menz@leuphana.de

Mailand/Magdeburg. Zur Halbzeit haben die Organisatoren der EXPO eine positive Bilanz gezogen: Über 10 Millionen Gäste haben die Weltausstellung unter dem Motto „Feeding the Planet, Energy for Life“ in den vergangenen drei Monaten besucht. Davon entfallen fast eine Million auf den Deutschen Pavillon, in dem auch Forschung des Helmholtz-Zentrums für Umweltforschung (UFZ) gezeigt wird: Das Modell eines mobilen Labors zur Fließgewässerforschung. Noch bis zum 31. Oktober präsentiert Deutschland in seinem Pavillon über 100 Themenstationen in den Bereichen „Wasser“, „Boden“, „Klima“, „Artenvielfalt“, „Lebensmittel“ und „Mein Garten der Ideen“.

Auch wenn sich die Gewässerqualität in Deutschland in den vergangenen Jahren stetig verbessert hat – nicht immer werden die Anforderungen der EU erfüllt. Mögliche Ursachen wie Nährstoffeinträge aus der Landwirtschaft und deren Folgen gilt es daher weiterhin zu untersuchen. Das Helmholtz-Zentrum für Umweltforschung hat zu diesem Zweck mobile Forschungscontainer entwickelt, die direkt an den betroffenen Fließgewässern aufgestellt werden. So wird es möglich, die komplexen Vorgänge innerhalb der Ökosysteme besser verstehen zu lernen und weitere Maßnahmen zur Optimierung der Gewässerqualität zu entwickeln.

Auf der EXPO zeigt das UFZ eine mit Muschelattrappen (Körbchenmuschel, Corbicula fluminea) besetzte Fließrinne. Zusätzlich können sich die Besucher mithilfe eines Mikroskops einen virtuellen Biofilm ansehen und erklären lassen, welche Einzellerorganismen in diesen mikrobiellen Lebensgemeinschaften vorkommen und welche Rolle sie im Ökosystem spielen.

Diese Fließrinnen sind Teil der seit 2014 vollständig in Betrieb genommenen Fließwasserlabore der Forschungsinfrastruktur MOBICOS des UFZ. Mit einer Serie von bislang einzigartigen mobilen Laboren werden die Wissenschaftler in den kommenden Jahren die Auswirkungen des Klima- und Landnutzungswandels auf die Fließgewässer in Mitteldeutschland untersuchen.

Fließgewässer sind ein wichtiges Bindeglied im globalen Wasserkreislauf. Ihre Wasserqualität hat nicht nur Auswirkungen auf die Anwohner, sondern auch auf die Landwirtschaft, die in vielen Trockenregionen einer der größten Wasserverbraucher ist. Beide beeinflussen sich gegenseitig: Viele Fließgewässer werden nach wie vor häufig von hohen Frachten an Nähr- und Schadstoffen aus unterschiedlichen Quellen wie etwa der Landwirtschaft beeinträchtigt. Fließgewässer haben jedoch auch das Potenzial, diese Stoffe in moderaten Mengen abzubauen und umzuwandeln. Dieser Prozess der biologischen Selbstreinigung kann gestört sein, wenn die in das Gewässer eingetragenen Nährstofffrachten zu hoch sind oder Schadstoffe die Lebensgemeinschaften im Gewässer schädigen. Das UFZ untersucht solche Zusammenhänge und zeigt Wege zu einer nachhaltigen und vernünftigen Nutzung unserer Gewässer auf.
Muscheln beispielsweise können im Wasser schwebende Algen gut herausfiltern und sind so für die Reduzierung der Eutrophierung infolge von Nährstoffeinträgen wichtig. In kleineren Fließgewässern leben weniger Schwebalgen, sondern sogenannte Biofilme, welche Steine im Gewässer überziehen. Das sind vielschichtige mikrobielle Lebensgemeinschaften aus Bakterien, Pilzen, Geißel- und Wimpertierchen oder Algenzellen. Die Besucher der Expo bekommen einen Einblick in diese mikroskopisch kleinen Lebensgemeinschaften, welche für das Ökosystem Fließgewässer sehr wichtig sind.

„Feeding the Planet, Energy for Life“ lautet das Thema der EXPO 2015 in Mailand. Unter dem Motto „Fields of Ideas“ orientiert sich der Deutsche Pavillon klar an diesem Leitmotiv. Deutschland präsentiert sich als lebendige, fruchtbare „Landschaft“ voller Ideen für die Ernährung der Zukunft. Der Pavillon macht erlebbar, wie bedeutsam ein wertschätzender Umgang mit der Natur für die Nahrungssicherung ist und lädt die Besucher ein, selbst aktiv zu werden. Im Auftrag des Bundesministeriums für Wirtschaft und Energie verantwortet die Messe Frankfurt Organisation und Betrieb des Deutschen Pavillons auf der Weltausstellung 2015 in Mailand. Konzept, Planung und Realisierung des Deutschen Pavillons übernimmt die Arbeitsgemeinschaft (ARGE) der Unternehmen Milla & Partner (Stuttgart), Schmidhuber (München) und Nüssli Deutschland (Roth bei Nürnberg). Dabei zeichnen Milla & Partner für das inhaltliche Konzept, die Ausstellungs- und Mediengestaltung verantwortlich, Schmidhuber für das räumliche Konzept, die Architektur und Generalplanung sowie Nüssli für Ausführung und Projektmanagement. Tilo Arnhold

Links:
Gewässerqualität verbessern – Mobile Wasserforschung an Fließgewässern
https://expo2015-germany.de/de/ausstellung/station/gewaesserqualitaet-verbessern
„Fields of Ideas“, der deutsche Beitrag zur Expo Milano 2015 – Homepage des Deutschen Pavillons
https://expo2015-germany.de/de/

Einzigartige Fließwasserlabore nehmen Betrieb auf – Gewässerexperimente ergänzen Erdbeobachtungsplattform http://www.ufz.de/index.php?de=33250

Weitere Informationen:
Prof. Dr. Markus Weitere, Dr. Helge Norf
Department Fließgewässerökologie am Helmholtz-Zentrum für Umweltforschung (UFZ)
Telefon: +49-(0)391-810-9600, -9988
http://www.ufz.de/index.php?de=14086
http://www.ufz.de/index.php?de=20742
oder über
Tilo Arnhold, Susanne Hufe (UFZ-Pressestelle)
Telefon: +49-(0)341-235-1635, -1630
http://www.ufz.de/index.php?de=640

Im Helmholtz-Zentrum für Umweltforschung (UFZ) erforschen Wissenschaftler die Ursachen und Folgen der weit reichenden Veränderungen der Umwelt. Sie befassen sich mit Wasserressourcen, biologischer Vielfalt, den Folgen des Klimawandels und Anpassungsmöglichkeiten, Umwelt- und Biotechnologien, Bioenergie, dem Verhalten von Chemikalien in der Umwelt, ihrer Wirkung auf die Gesundheit, Modellierung und sozialwissenschaftlichen Fragestellungen. Ihr Leitmotiv: Unsere Forschung dient der nachhaltigen Nutzung natürlicher Ressourcen und hilft, diese Lebensgrundlagen unter dem Einfluss des globalen Wandels langfristig zu sichern. Das UFZ beschäftigt an den Standorten Leipzig, Halle und Magdeburg mehr als 1.100 Mitarbeiter. Es wird vom Bund sowie von Sachsen und Sachsen-Anhalt finanziert.
http://www.ufz.de/

Die Helmholtz-Gemeinschaft leistet Beiträge zur Lösung großer und drängender Fragen von Gesellschaft, Wissenschaft und Wirtschaft durch wissenschaftliche Spitzenleistungen in sechs Forschungsbereichen: Energie, Erde und Umwelt, Gesundheit, Schlüsseltechnologien, Struktur der Materie sowie Luftfahrt, Raumfahrt und Verkehr. Die Helmholtz-Gemeinschaft ist mit 35.000 Mitarbeiterinnen und Mitarbeitern in 18 Forschungszentren und einem Jahresbudget von rund 3,8 Milliarden Euro die größte Wissenschaftsorganisation Deutschlands. Ihre Arbeit steht in der Tradition des großen Naturforschers Hermann von Helmholtz (1821-1894). http://www.helmholtz.de/

Weitere Informationen:
http://www.ufz.de/index.php?de=34147