Verbleib und Bioverfügbarkeit persistenter Organochlorpestizide nach diffusen und punktuellen Einträgen im Einflussgebiet der Sowjetunion

Abstract

Viele Organochlorpestizide (OCPs) wurden aufgrund ihrer Toxizität, ihres bioakkumulativen Potentials sowie ihrer Persistenz als Gefahr für die Umwelt erkannt. Infolgedessen wurden sie durch die Stockholmer Konvention 2001 als persistente organische Schadstoffe (persistent organic pollutants, POPs) eingestuft und entweder verboten oder ihr Einsatz stark begrenzt. In den Einflussgebieten der Sowjetunion (SU) wurden chlororganische Verbindungen – insbesondere Dichlordiphenyltrichlorethan (DDT), Lindan (HCH) und polychlorierte Biphenyle (PCBs) – in großen Mengen produziert und eingesetzt. Einige Gebiete verblieben großflächig und stark kontaminiert und stellen damit auch heute noch eine Gefahr für die Gesundheit von Mensch und Tier dar. Zu diesen Gebieten zählen u. a. die ehem. DDR sowie Georgien. Zehn Seen im Norden Ostdeutschlands – ehemals ein Teilgebiet der DDR – wurden auf Änderungen in der Stoffkonzentration im Zeitraum der letzten hundert Jahre untersucht. Ziel war es, Hinweise auf den menschlichen Einfluss aus Industrie und Landwirtschaft auf die Umwelt, zu finden. Dazu wurden in jedem See Sedimentbohrkerne entnommen und segmentiert. Jedes Segment wurde datiert, sowie die Konzentrationen an Spurenelementen (As, Cd, Cr, Cu, Ni, Pb, S und Zn) und OCPs (DDT und HCH) bestimmt. Die Konzentrationsverläufe der einzelnen Spurenelemente mit der Zeit sind gleichförmig. Sie entsprechen der industriellen Aktivität und den politischen Entwicklungen im Westen Deutschlands und der Europäischen Union vor 1990 und nicht, wie erwartet, jenen in der DDR. Von den untersuchten OCPs wurden nur Transformationsprodukte von DDT gefunden. Die Konzentrationsprofile lassen Rückschlüsse auf regionale Besonderheiten sowie nationale Gesetzgebung und Maßnahmen zu. Der Konzentrationsverlauf spiegelt zudem den DDT-Einsatz in der DDR wider. Insgesamt wurden Hinweise auf die industrielle Revolution, die Nachkriegszeit und die Anfänge der Umweltbewegung der 1960er und 1970er Jahre gefunden. Da für die Analyse der Sedimentproben nur begrenzte Mengen Probenmaterials zur Verfügung standen, wurde ein miniaturisiertes Extraktionsverfahren (miniaturized solid-liquid extraction, MISOLEX) auf Basis der Festphasenmikroextraktion (solid-phase microextraction, SPME) erprobt und einem vergleichbaren Verfahren gegenübergestellt. Die Validierung der MISOLEX ergibt eine generell gute Übereinstimmung der Qualitätsparameter Nachweisgrenze (LOD), Bestimmungsgrenze und Wiederfindungsrate mit den Standardanforderungen der Analytik. Sie erreicht solch niedrige LODs, dass der Einsatz im Bereich der Spurenanalytik möglich wäre. Die neue Methode erweist sich als schneller durchführbar als die Vergleichsmethode. MISOLEX ermöglicht es, zeit- und kostensparend, größere Mengen an Proben zu extrahieren. Die Methode eignet sich ebenfalls dazu, Informationen über die flächenhafte Verbreitung von OCPs zu sammeln, für die eine Großzahl an Proben benötigt wird. Die relativ einfache und kostengünstige Anwendbarkeit ist insbesondere in Regionen mit begrenzten (finanziellen) Mitteln von Vorteil. Im dritten Teil der Promotion wurde auf einer kontaminierten Fläche in Georgien eine Vorstudie zur Erprobung einer Phytoremediationsmethode durchgeführt. Dazu wurden im Rahmen von durch mich betreuter Studienarbeiten erste Ergebnisse gesammelt. Diese dienen nun als Fallbeispiel für den Einsatz von MISOLEX. Aufgrund der Heterogenität und begrenzten Probenzahl sind weitergehende Auswertungen sowie Untersuchungen erforderlich.