Chemikalienbelastung in europäischen Flüssen

Um das Ausmaß der Belastung durch Chemikalien in europäischen Flüsse besser zu verstehen, analysierte ein Forschungsteam des Helmholtz-Zentrums für Umweltforschung (UFZ) rund 450 Proben aus 22 europäischen Fließgewässern.

von Sina Ruhwedel | 14.03.24

Um die Auswirkungen dieser Mischungseffekte auf die Fließgewässerorganismen einzuschätzen, nutzten die Forscher das Konzept des chemischen Fußabdrucks.

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Forschung & Entwicklung

14. März 2024 Ι Der Eintrag von Chemikalien aus Haushalten, Landwirtschaft und Industrie über Kläranlagen in Gewässer ist bekanntlich schädlich für Süßwasserökosysteme. Um das Ausmaß der Belastung europäischer Flüsse besser zu verstehen, analysierte ein Forschungsteam des Helmholtz-Zentrums für Umweltforschung (UFZ) rund 450 Proben aus 22 europäischen Fließgewässern. Dabei identifizierten sie mehr als 500 Chemikalien, teilweise in hohen Konzentrationen, die insbesondere für wirbellose Tiere ein hohes Risiko darstellen, wie sie im Fachjournal Environment International berichten.

Die Mehrheit der Pflanzenschutzmittel, Industriechemikalien und Arzneimittel sowie deren Abbauprodukte gelangen letztendlich in Bäche und Flüsse. Ein Forschungsteam des UFZ hat daher 610 Chemikalien, deren Vorkommen oder problematische Auswirkungen bekannt sind, untersucht. Sie analysierten, ob und in welchen Konzentrationen diese Chemikalien in europäischen Fließgewässern vorhanden sind, angefangen von großen Flüssen wie der Elbe, Donau und Rhein bis hin zu kleineren Gewässern in landwirtschaftlich geprägten Regionen Deutschlands.

Analyse der Chemikalienbelastung und -vielfalt in europäischen Flüssen

Nach der Auswertung von 445 Proben aus 22 Flüssen konnten sie insgesamt 504 der 610 Chemikalien nachweisen. Darunter waren 229 Pestizide und Biozide, 175 pharmazeutische Chemikalien sowie Tenside, Kunststoff- und Gummizusätze, Per- und Polyfluoralkylsubstanzen (PFAS) und Korrosionsinhibitoren. In 40 Prozent der Proben wurden bis zu 50 chemische Substanzen nachgewiesen, in weiteren 41 Prozent zwischen 51 und 100 Chemikalien. In 4 Proben wurden sogar mehr als 200 organische Mikroschadstoffe festgestellt, wobei die meisten Substanzen in einer Wasserprobe der Donau vorhanden waren. In den Proben fanden die Umweltchemiker:innen am häufigsten N-Acetyl-4-aminoantpyrin, ein Abbauprodukt des Arzneimittelwirkstoffs Metamizol, der in der Humanmedizin zur Schmerzbehandlung verwendet wird. Über die Auswirkungen auf Süßwasserökosysteme ist jedoch bisher wenig bekannt.

„Bei zahlreichen dieser Metabolite ist unklar, wie schädlich sie für die Umwelt sind. Da fehlt uns noch das notwendige Wissen“, erklärt die UFZ-Umweltchemikerin Saskia Finckh, Erstautorin der Studie.

Bei anderen Substanzen, die in den Gewässern entdeckt wurden, sind die negativen Auswirkungen bereits erforscht. Ein häufig vorkommender Stoff ist zum Beispiel Carbamazepin, ein Arzneimittel zur Behandlung von Epilepsie. In Gewässern ist er jedoch biologisch schwer abbaubar und beeinträchtigt die Fortpflanzungsfähigkeit wirbelloser Tiere sowie die Entwicklung von Fischen. Carbamazepin steht deshalb bereits auf der Beobachtungsliste des Umweltbundesamts (UBA) und gehört zu den vorgeschlagenen prioritären Stoffen, die gemäß der EU-Wasserrahmenrichtlinie überwacht werden sollen. Außerdem sind die Auswirkungen einiger anderer Substanzen bekannt, die ebenfalls häufig in den Proben gefunden wurden, wie beispielsweise die Insektizide Diazinon und Fipronil, die stark schädlich für wirbellose Wasserorganismen sind. Bei mehr als 70 Chemikalien in den Gewässern wurden die chronischen Risikoschwellen für Wirbellose überschritten, was bedeutet, dass bei anhaltender oder wiederholter Exposition Entwicklungsstörungen auftreten können.

Mischungseffekte und ihre Auswirkungen auf Wasserorganismen

Viele der organischen Mikroschadstoffe sind einzeln bereits problematisch für Gewässer. Doch ein zusätzliches Problem liegt in der Vielfalt der Chemikalien, die in die Gewässer gelangen.

„Wir wissen noch zu wenig über die additiven Effekte dieser Stoffe, wenn sie sich miteinander vermischen“, erklärt Dr. Eric Carmona, Co-Erstautor und Umweltchemiker am UFZ.

Um die Auswirkungen dieser Mischungseffekte auf die Fließgewässerorganismen einzuschätzen, nutzten die Forscher das Konzept des chemischen Fußabdrucks. Dieser dient als quantitatives Maß für die Gefährdung der Wasserqualität und zeigt an, welche Überlebenschancen Wasserorganismen wie Fische, Krustentierchen und Algen an einem bestimmten Standort haben. Der chemische Fußabdruck wird berechnet, indem die Konzentration einer Chemikalie an einem Standort mit dem erwarteten Effekt in Beziehung gesetzt wird und anschließend die Werte für alle nachgewiesenen Chemikalien addiert werden. Für jede dieser Organismengruppen existiert ein wissenschaftlicher Grenzwert, dessen Überschreitung mit dem Verschwinden empfindlicher Arten aus dem Ökosystem verbunden ist. In 74 Prozent der untersuchten Proben wurden die wissenschaftlichen Grenzwerte überschritten. Besonders hoch ist das Risiko für Krebstierchen: An 15 Prozent der untersuchten Standorte ist das Risiko akut, was bedeutet, dass die Überlebenschancen für diese Tiere im Gewässer gering sind.

Die UFZ-Forscher:innen folgern aus ihren Ergebnissen, dass in den europäischen Gewässern trotz vieler Verbesserungsmaßnahmen in der Vergangenheit immer noch zu viele Chemikalien vorkommen und an viele Standorten Grenzwerte überschritten werden.

„Unsere Daten zeigen zudem, dass nicht nur einzelne Substanzen, sondern vor allem die Vielzahl der Substanzen zu diesem Problem beitragen“, bilanziert Saskia Finckh.

Notwendig sei deshalb zum einen, in der chemischen Gewässerüberwachung für die Umsetzung der EU-Wasserrahmenrichtlinie noch deutlich mehr Chemikalien aufzunehmen, weil diese bislang nicht in der Umwelt bewertet werden. Zum anderen brauche es mehr Messdaten.

„Oft ist völlig unklar, welche Effekte Chemikalien in welcher Konzentration auf Organismen in den Gewässern haben“, sagt Eric Carmona. In diesen Fällen wird bislang auf modellbasierte Werte zurückgegriffen, die eine größere Unsicherheit als die gemessenen Effekt-Werte mit sich führen. „Und vor allem“, ergänzt Saskia Finckh, „sollten wir bei der Bewertung von Chemikalien ihre Mischungen stärker in den Fokus nehmen.“

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