Neue Studie in Science evaluiert Oberflächenwasserüberwachung

Ökotoxikologie im großen Maßstab – Neue Studie zeigt Herausforderungen und Chancen des Chemikalienmonitorings auf der Makroebene

Mehrere hunderttausend Chemikalien gelten als potenziell umweltrelevant. Wissenschaftler des iES Landau zeigen, dass nur für einen sehr kleinen Teil dieser Chemikalien Überwachungsdaten für Oberflächengewässer verfügbar sind. In ihrem in der aktuellen Ausgabe von Science erschienenen Artikel zeigen die Autoren zudem, dass die Umweltrisiken hochgiftiger Chemikalien möglicherweise übersehen werden, da diese Chemikalien Ökosysteme in Konzentrationen beeinflussen, die nicht regelmäßig nachgewiesen werden können.

Die Autoren der Studie analysierten eine sehr umfangreiche US-Datenbank zum Vorkommen von Chemikalien in US-Oberflächengewässern und verglichen diese mit den Toxizitätsdaten dieser Chemikalien für Wasserorganismen wie Pflanzen, Insekten oder Fische. So konnten sie beurteilen, inwieweit der Datensatz die chemischen Risiken der letzten sechs Jahrzehnte widerspiegelt.

Laut dem Artikel ist das größte Problem umfassender Risikobewertungen heute die unzureichende Abdeckung des Chemikalienmonitorings. Nur weniger als 1 % der 300.000 Chemikalien, die die US-Umweltschutzbehörde als potenziell umweltrelevant einstuft, wurden tatsächlich überwacht.

Der Artikel deckt interessante Muster auf, indem er 64 Millionen Überwachungsdatensätze für 1.900 Chemikalien, 300.000 Standorte und den Zeitraum von 1958 bis 2019 mit Toxizitätsschwellenwerten verknüpft, die Risiken für Wasserorganismen anzeigen. Beispielsweise zeigt er eine erhöhte Anzahl von Grenzwertüberschreitungen in den gesamten USA in den 1970er Jahren für eine relativ kleine Anzahl von Chemikalien, darunter Schwermetalle wie Kupfer, Blei und Zink. Es zeigt aber auch, dass die darauffolgenden Maßnahmen zur Emissionskontrolle zu einem Rückgang der Grenzwertüberschreitungen dieser anorganischen Chemikalien führten.

In den 2000er Jahren war ein weiterer Höhepunkt der Grenzwertüberschreitungen zu beobachten, diesmal jedoch verteilt auf eine deutlich größere Anzahl hauptsächlich organischer Chemikalien, wie Arzneimittel und Pestizide. Auch die Zahl der Überschreitungen ist seitdem zurückgegangen. Da die Überwachung dieser Chemikalien jedoch eingestellt wurde, lässt sich nicht sagen, ob auch die Umweltrisiken dieser Chemikalien gesunken sind. Anders ausgedrückt: Das Einstellen der Überwachung einer problematischen Chemikalie bedeutet auch, dass man nicht mehr in der Lage ist, ihr tatsächliches Vorkommen in der Umwelt zu verfolgen. Ohne die Überwachungsinformationen wird es sehr schwer zu verstehen, wie sich potenzielle Risiken entwickeln.

Der Artikel präsentiert zudem die Auswertung von 37 Millionen Datensätzen zu analytischen Grenzwerten aus der US-Datenbank. Analytische Grenzwerte beschreiben die niedrigste Konzentration, in der eine Chemikalie in der Umwelt gefunden werden kann. Für anorganische und die meisten organischen Chemikalien sind die analytischen Grenzwerte niedrig genug, um sie in allen Konzentrationen nachzuweisen, die Auswirkungen auf Wasserorganismen haben. Für einige Pestizide, insbesondere einige Insektizide, reichen die typischen analytischen Grenzwerte jedoch nicht aus, um alle mit Risiken verbundenen Konzentrationen abzudecken, da ihre analytischen Grenzwerte nahe an ihren Toxizitätsschwellen liegen. Dadurch können einige Konzentrationsbereiche, die mit Risiken für Wasserorganismen verbunden sind, nicht erfasst werden, und potenzielle Auswirkungen auf das Ökosystem bleiben unentdeckt. Eine Gruppe von Insektiziden, die Pyrethroide, die in der heutigen Landwirtschaft eine wichtige Rolle spielen und zu den giftigsten Chemikalien für Wasserorganismen gehören, weist auffällige analytische Grenzwerte auf, die fast ausschließlich über den Toxizitätsschwellen liegen. Das tatsächliche Umweltrisiko von Pyrethroiden lässt sich daher nur sehr eingeschränkt beurteilen.

Laut den Autoren des Artikels lassen sich ihre Ergebnisse vermutlich auf viele andere Regionen der Welt übertragen. Allerdings fehlen meist die Daten für ähnliche Analysen. Die Ergebnisse verdeutlichen die Bedeutung der Analyse von Umweltdaten auf großen zeitlichen und räumlichen Skalen und unterstreichen die Notwendigkeit solcher Analysen, um die Überwachung und Bewertung der rapide wachsenden Zahl verwendeter Chemikalien steuern zu können.

Die Studie:

Bub, S., Petschick, L.L., Stehle, S., Wolfram, J., Schulz, R. (2025): Limitations of chemical monitoring hinder aquatic risk evaluations on the macroscale. Science, https://doi.org/10.1126/science.adn5356.