Auf dem Pic du Midi in den Pyrenäen haben Forschende der ETH Zürich Feinstaub, Wolken und Regenwasser untersucht, um Spuren von Arsen in der Atmosphäre aufzudecken. Dabei kamen neu entwickelte Messmethoden zum Einsatz, die es ermöglichten, die Transportwege dieses Umweltgifts genauer zu analysieren.

Arsen ist ein Spurenelement, das chemisch eng mit dem essenziellen Phosphor verwandt ist. Diese Ähnlichkeit kann für Zellen problematisch sein: «Auf dieser Verwechslungsgefahr beruht die Giftigkeit von Arsen», erklärt Lenny Winkel, Professorin am Institut für Biogeochemie und Schadstoffdynamik der ETH Zürich.

Präzise Analysen in großer Höhe

Die Forschungsstation auf dem Pic du Midi, gelegen auf 2877 Metern über dem Meeresspiegel, bot ideale Bedingungen für die Messungen, da sie weitgehend unbeeinflusst von lokalen Verschmutzungsquellen ist. Die Forschenden fanden heraus, dass Wolken deutlich mehr Arsen enthalten als Regenwasser.

Dennoch gibt es keinen Grund zur Sorge, wie Winkel betont: «Das Arsen ist in der Atmosphäre sehr stark verdünnt.»

Dank einer Optimierung der Messverfahren konnten die Forschenden extrem geringe Konzentrationen von 1 bis 2 Nanogramm pro Liter nachweisen – eine bis zu zwanzig Mal niedrigere Messgrenze als bei früheren Methoden.

Transportwege des Arsens entschlüsselt

Durch die Kombination chemischer Analysen mit Modellen der Luftmassenbewegungen identifizierte das Team charakteristische Transportmuster des Arsens. So deuteten Proben mit hohem Natriumgehalt darauf hin, dass das Arsen aus Meersalz stammte. Andere Proben, die mehr gelösten organischen Kohlenstoff enthielten, wiesen auf eine Herkunft über Land hin.

«Gelöster organischer Kohlenstoff kann von natürlichen Quellen wie Pflanzen stammen, aber auch durch menschliche Aktivitäten wie Verkehr oder Industrie verursacht sein», erläutert Esther Breuninger, die Erstautorin der Studie.

Biologische Prozesse als Schlüsselrolle

Ein überraschender Befund der Studie war der Nachweis von methylierter Arsenverbindungen in den Proben. Diese entstehen durch die Aktivität von Mikroorganismen wie Bakterien, Algen oder Pilzen, die Arsen aufnehmen und in veränderter Form wieder ausscheiden.

«Unsere Ergebnisse zeigen, dass biologische Prozesse eine wichtigere Rolle spielen als bisher angenommen», sagt Winkel.

In einigen Proben dominierten die methylierten Verbindungen sogar das nachgewiesene Arsen. Dieser Befund stellt die bisherige Annahme infrage, dass hauptsächlich menschliche Aktivitäten für atmosphärisches Arsen verantwortlich seien. Offenbar tragen biologische Prozesse erheblich dazu bei, historische Arsen-Verschmutzungen zu mobilisieren und global zu verteilen.

«Nun gilt es, diese Erkenntnisse stärker in Modelle zum globalen Kreislauf von Arsen einzubinden», resümiert Winkel.

Originalpublikation: Breuninger ES, Tolu J, Aemisegger F, Turnherr I, Bouchet S, Mestrot A, Ossola R, McNeill K, Tukhmetova D, Vogl J, Meermann B, Sonke JE, Winkel LHE. Marine and terrestrial contributions to atmospheric deposition fluxes of methylated arsenic species. Nature Communications 2024. 15: 9623, doi: 10.1038/s41467-024-53974-zcal