13.02.2020 - University of Arizona

Synthetische Chemikalien im Boden sind eine 'tickende Zeitbombe'

Eine wachsende Gesundheitskrise, die durch synthetische Chemikalien, die als Per- und Polyfluoralkyl-Stoffe oder PFAS bekannt sind, im Grundwasser angeheizt wird, hat in den letzten Jahren viel Aufmerksamkeit erregt.

Die gemeldeten Werte könnten "nur die Spitze des Eisbergs" sein, da die meisten Chemikalien noch immer langsam durch den Boden wandern, so Bo Guo, Assistenzprofessor für Hydrologie und Atmosphärenwissenschaften an der Universität von Arizona.

Nahezu 3.000 synthetische Chemikalien gehören zur PFAS-Klasse. Sie werden seit den 1940er Jahren in Lebensmittelverpackungen, wasserbeständigen Stoffen, Antihaftprodukten, Pizzakartons, Farben, Feuerlöschschäumen und mehr verwendet, so die Umweltschutzbehörde.

Die Chemikalien werden weder in der Umwelt noch im Körper abgebaut, und eine wachsende Zahl von Forschungsarbeiten hat gezeigt, dass die Kontamination von Wasserquellen mit PFAS in den Vereinigten Staaten weit verbreitet ist und dass die Exposition gesundheitsschädlich ist.

"Da PFAS in vielen Konsum- und Industrieprodukten enthalten sind, können sie ins Abwasser gelangen. Kläranlagen sind nicht dafür ausgelegt, diese Verbindungen zu behandeln, so dass diese Chemikalien einfach in diesem Wasser bleiben, um wieder verwendet zu werden. Es wird zum Beispiel auf Fußballfelder gesprüht oder zum Aufladen von Grundwasserleitern verwendet", sagte Mark Brusseau, Professor für Umweltwissenschaften. "PFAS kann auch in die Biofeststoffe gelangen, die als Dünger auf dem Land ausgebracht werden, so dass es all diese Quellen gibt, was bedeutet, dass sie zu vielen verschiedenen Zeiträumen und wiederholt in die Umwelt gelangt sein können.

Um zu verstehen, wie die Chemikalien durch den Boden zwischen der Landoberfläche und dem Grundwasser wandern - ein Gebiet, das als vadose Zone bezeichnet wird - entwickelten Forscher der Universität von Arizona ein neues mathematisches Modell, um die verschiedenen komplexen Prozesse zu simulieren, die den Transport und die Rückhaltung dieser Chemikalien beeinflussen.

Ihr Modell hat gezeigt, dass sich die meisten PFAS-Chemikalien an Orten ansammeln, an denen die Luft mit der Oberfläche des im Boden eingeschlossenen Wassers in Kontakt kommt, was den Abwärtsmarsch der Chemikalien zum Grundwasser erheblich verlangsamt. Die Forscher stellten fest, dass die Chemikalien noch langsamer als erwartet durch grobkörnige Böden als durch feinkörnige Böden fließen werden.

"Das bedeutet, dass sich die Mehrheit der PFAS noch im Boden befindet, und sie wandern langsam nach unten, ähnlich wie eine tickende Zeitbombe", sagte Guo, der Hauptautor der Studie.

Frühere Beobachtungen zeigten, dass die PFAS-Chemikalien sich langsam durch den Boden bewegten, bevor sie das Grundwasser erreichten, aber niemand verstand, warum. Das Modell definiert die Mechanismen hinter den extrem langsamen Migrationen, die in diesem Bereich zu beobachten sind.

"Dies hat große Auswirkungen auf die gezielte Sanierung", sagte Guo. "Bislang stand das Grundwasser im Mittelpunkt, aber sollten wir uns eigentlich auf den Boden konzentrieren, wo die meisten PFAS sind und noch lange Zeit sein werden? Oder warten wir und sanieren das Grundwasser für Jahrzehnte oder Jahrhunderte"?

Das Modell kann für jede der PFAS-Chemikalien funktionieren, aber die Forscher simulierten speziell PFOS oder Perfluoroktansulfonat, das häufig in Feuerlöschschaumstoff vorkommt und von größter Bedeutung ist.

"Eines unserer Ziele für die Zukunft wäre es, das Modell auf verschiedene Standorte anzuwenden", sagte Brusseau, der die Studie gemeinsam mit Guo und Jicai Zeng, einem Postdoc in Guos Gruppe, verfasst hat. "Dann wird es hoffentlich für politische Entscheidungsträger, Regulierungsbehörden und Umweltberater nützlich sein, Bewertungen vorzunehmen.

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