PFAS in den Großen Seen: Wie Ewigkeitschemikalien die Tierwelt belasten

Giftige Chemikalien, die sich nicht abbauen, reichern sich in der Tier- und Pflanzenwelt der Großen Seen an. Betroffen sind Organismen von den Algen am Anfang der Nahrungskette bis zu Weißkopfseeadlern an deren Spitze.

Eine neue Studie hat biologische Aufzeichnungen aus 42 Jahren zusammengeführt und nachgezeichnet, wie sich diese sogenannten Ewigkeitschemikalien in der Region verbreitet haben. Dabei zeigte sich, dass jeder See seine eigene Geschichte erzählt.

Die Belastung ist weit verbreitet und langlebig. Woher sie stammt, ist zum Teil kaum erforscht.

Durchgeführt wurde die Untersuchung von einem Team der University of Notre Dame unter der Leitung von Gary Lamberti und Daniele De Almeida Miranda. Es wertete Daten aus 50 früheren Studien mit insgesamt 2.500 biologischen Messungen aus.

Angestoßen hatte das Projekt ursprünglich Peter Martin im Rahmen seiner Abschlussarbeit für ein Honours-Studium. Damals war er Bachelorstudent, heute forscht er als Doktorand an der Michigan State University.

Was Ewigkeitschemikalien bewirken

PFAS, also per- und polyfluorierte Alkylsubstanzen, zählen zu den am schwersten abbaubaren Stoffen der Welt. Ihre Kohlenstoff-Fluor-Bindungen gehören zu den stärksten chemischen Bindungen und widerstehen Hitze, Wasser und natürlichem Abbau.

Die Chemikalien werden nicht abgebaut und sammeln sich in Böden und Gewässern an. Nehmen Lebewesen sie auf, gelangen sie über die Nahrungskette weiter und treten mit jeder Stufe in höheren Konzentrationen auf. Dieser Vorgang wird als Biomagnifikation bezeichnet.

„Wir haben uns auf die Lebewelt konzentriert, nicht auf das Wasser oder die Sedimente. So wollten wir herausfinden, welche Chemikalien in die Organismen gelangen – von Algen und Mikroben bis hin zu Spitzenräubern wie Lachsen und Weißkopfseeadlern“, sagte Lamberti.

Das Forschungsteam untersuchte sechs der in den Großen Seen am häufigsten nachgewiesenen PFAS-Verbindungen. Zwar gibt es Tausende verschiedene Arten, doch diese sechs kamen in den Daten regelmäßig genug vor, um ihre Entwicklung aussagekräftig verfolgen zu können.

Jeder der Großen Seen ist anders

Zu den auffälligsten Ergebnissen gehört, wie stark sich die Seen unterscheiden. Das gilt nicht nur für das Ausmaß der Belastung, sondern auch dafür, wie sie sich im Lauf der Zeit verändert hat.

„Innerhalb bestimmter Zeiträume gab es sehr große Unterschiede, ebenso über den gesamten Zeitraum von 42 Jahren hinweg“, sagte Martin. „Besonders verblüffend war, dass es keinen einheitlichen zeitlichen Trend für alle fünf Großen Seen gab. Jeder See hatte sein eigenes zeitliches Muster.“

Die niedrigste Belastung wurde im Oberen See festgestellt, die höchste im Ontariosee. Dieses Muster spiegelt sowohl die Bevölkerungs- und Industriedichte in der jeweiligen Umgebung als auch die physikalischen Eigenschaften der Seen wider.

Wie lange die Schadstoffe bleiben

Der Obere See und der Michigansee sind größer und tiefer, was beeinflusst, wie schnell Wasser und Schadstoffe sie durchströmen. Dieser Umstand hat unangenehme Folgen.

Die durchschnittliche Zeit, die ein einzelner Wassertropfen in einem See verbringt, reicht von weniger als drei Jahren im Eriesee bis zu 200 Jahren im Oberen See.

„Leider halten die Großen Seen ihr Wasser und die Schadstoffe sehr lange zurück. Dadurch bleibt reichlich Zeit, in der die Lebewesen Giftstoffe aufnehmen können“, sagte Lamberti.

Eine gute Nachricht

Bei einer Verbindung gibt es immerhin eine positive Entwicklung: PFOS, also Perfluoroctansulfonsäure, wurde zwischen 2000 und 2002 schrittweise aus der Produktion genommen. Ihre Konzentration in den Großen Seen ging während des untersuchten Zeitraums zurück.

Laut Lamberti belegt dieser Rückgang, dass der Produktionsausstieg bei einer Verbindung letztlich etwas bewirken kann – auch wenn es Jahrzehnte dauert.

Wie PFAS durch das Nahrungsnetz gelangen

Die Nahrungskette macht die Zusammenhänge komplizierter. Das Forschungsteam stellte fest, dass die Biomagnifikation nicht einfach einem geradlinigen Weg von einem Organismus zum nächsten folgt.

Wie sich PFAS anreichern, hängt von den beteiligten Lebewesen und davon ab, wie sie mit ihrer Umwelt interagieren.

„Es gibt unterschiedliche Wege an die Spitze des Nahrungsnetzes. Welche das sind, wird davon beeinflusst, welche Gruppen von Organismen vorhanden sind“, sagte Miranda.

Im Wasser lebende Organismen nehmen PFAS sowohl über andere Lebewesen als Nahrung als auch durch direkten Kontakt mit belastetem Wasser auf.

„Frisst dagegen ein Vogel einen Fisch, wird der Vogel eine andere PFAS-Belastung haben, weil er keine Stoffe mit dem Wasser austauscht.“

Künftige Forschung

Miranda arbeitet nun daran, eine bedeutende Datenlücke zu schließen. Der Großteil des Wissens über PFAS in den Großen Seen stammt aus Untersuchungen von Spitzenräubern.

Deutlich weniger ist darüber bekannt, wie die Chemikalien an der Basis der Nahrungskette in Algen, Biofilme und Wasserinsekten gelangen.

„Wir sammeln verschiedene Bestandteile des Nahrungsnetzes, etwa Biofilm, Detritus, Algen und Wasserinsekten. Damit wollen wir untersuchen, wie PFAS an der Basis des Nahrungsnetzes hineingelangen und zirkulieren und wie sie bis zu den Spitzenräubern aufsteigen“, sagte Miranda.

„Selbst wenn eine Verbindung wie PFOS nicht mehr produziert wird, ist sie noch vorhanden und wird es über Jahrzehnte bleiben“, ergänzte Lamberti.

Während die Konzentration einer Verbindung zurückgeht, werden weiterhin neue entwickelt. Die meisten davon werden nicht auf ihre Giftigkeit geprüft, bevor sie in die Umwelt gelangen.