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Auch ohne sauren Regen

Woher kommt das Sulfat in Flüssen und Seen?

Spree
Die Spree ist durch den Braunkohletagebau im Lausitzer Revier mit Sulfat belastet. (Bild: Jörg Gelbrecht)

Obwohl es kaum noch sauren Regen gibt, sind weltweit noch immer viele Binnengewässer mit Sulfat belastet. Woher diese Schwefelverbindung heute kommt und welche Folgen die Belastung hat, haben Forscher nun zusammengetragen. Demnach stammt das Sulfat vor allem aus der Landwirtschaft, aber auch aus der Industrie und dem Braunkohletagebau. Und auch einige Folgen des Klimawandels können die Sulfatbelastung verstärken.

„Saurer Regen“ war ein Phänomen der 1980er-Jahre: Durch die Verbrennung fossiler Brennstoffe und durch Industrieabgase gelangten große Mengen Schwefel in die Atmosphäre und reagierten dort mit Wasser zu schwefelsäurehaltigen Tröpfchen, die die Böden und Gewässer versauerten. Nachdem Fabriken und Kraftwerke mit Rauchgasentschwefelungs-Anlagen nachgerüstet wurden, sanken die atmosphärischen Schwefeleinträge – in Deutschland sogar um 90 Prozent. Doch trotzdem ist die Schwefelbelastung durch Sulfat in Binnengewässern die Konzentrationen nahezu unverändert hoch – in einigen Regionen stieg sie sogar.

Woher kommt das Sulfat?

Woher das heute gemessene Sulfat kommt, haben Forschenden um Dominik Zak von der dänischen Universität Aarhus nun in einer Überblicksstudie zusammengetragen. Dafür werteten sie weltweite Daten zu aktuellen Schwefelquellen aus über 300 Studien aus und erstellten daraus eine Gesamtübersicht. Im Anschluss formulierte das Forscherteam zudem die weltweiten, negativen Folgen des Sulfats etwa auf die Nährstoffkreisläufe, die Ökosysteme und die Trinkwassergewinnung. Zwar ist bekannt, dass durch die Verwitterung von Mineralien, beim Vulkanismus oder beim Abbau von organischem Material natürlicherweise gelöstes Sulfat in Binnengewässern entsteht. Doch die Ergebnisse der Forscher legen nahe, dass bis heute vor allem menschliche Einflüsse beim Anstieg der Sulfatkonzentrationen im Wasser eine Rolle spielen.

Wie die Wissenschaftler erklären, tragen insbesondere die Düngerauswaschungen aus Feldern und Äckern sowie Abwässer aus der Landwirtschaft dazu bei: Weltweit macht der landwirtschaftliche Einsatz von schwefelhaltigen Düngemitteln rund 50 Prozent des jährlich in die Umwelt eingetragenen Schwefels aus. So gelangt in einigen Regionen der Welt heute mehr Schwefel in Böden und Gewässer als zum Höhepunkt des sauren Regens, wie Zak und sein Team berichten. Aber auch die Industrie emittiere weltweit weiterhin erhebliche Mengen an Schwefel. So zum Beispiel für die Produktion von Speiseöl, Kartoffelstärke und Papier sowie unter anderem durch Gerbereien, Textilfabriken und deren Abwässer.

Die Folgen des Klimawandels verstärken nach Angaben des Forscherteams ebenfalls die Sulfatbelastung. Denn der zunehmende Starkregen spült vermehrt schwefelhaltige Böden und Dünger in Gewässer und zudem fallen immer mehr Feuchtgebiete trocken. „Und durch den steigenden Meeresspiegel gelangt sulfatreiches Salzwasser ins Grundwasser und in Flüsse, wo es die Sulfatkonzentrationen erheblich erhöhen kann“, ergänzt Zak. Hinzu kommt, dass durch die Entwässerung von Mooren Schwefel und schwefelhaltige Eisenverbindungen freigesetzt werden.

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Auch der Tagebau ist eine Sulfatquelle

Eine weitere Schwefelquelle ist der Braunkohletagebau. Dort werden vermehrt die Sulfidminerale Pyrit und Markasit im Gestein freigelegt und oxidieren an der Luft. Das dabei entstehende Sulfat wird dann in die Gewässer gespült. Beispielhaft deutlich wird dies an der Spree, einem Fluss, dessen Sulfatkonzentrationen durch diese Abbautätigkeiten angestiegen sind. In einigen Abschnitten überschreitet sie schon heute den Trinkwassergrenzwert von 250 Milligramm pro Liter.

„Das ist problematisch, da diese Gewässer als Trinkwasserquelle genutzt werden – typischerweise über Grundwasserentnahme und durch Uferfiltration“, erklärt Zaks Kollege Tobias Goldhammer. „Nach wie vor spielt der Braunkohleabbau in vielen Regionen der Welt eine bedeutende Rolle, und überall dort sind Sulfatbelastungen in Gewässern und dem Trinkwasser ein Thema. Auch wenn wir in Deutschland den Ausstieg aus der Braunkohleförderung beschlossen haben, werden uns die Sulfateinträge in unsere Gewässer als Umweltproblem längerfristig erhalten bleiben.“

Doch das Sulfat beeinflusst nicht nur die Trinkwasserqualität, sondern auch die Stoffkreisläufe von Kohlenstoff, Stickstoff und Phosphor, wie die Forscher berichten. Das steigert unter anderem den Nährstoffgehalt in Gewässern und damit das Pflanzen- und Algenwachstum sowie das Nahrungsangebot für aquatische Organismen. Die Folge ist ein Sauerstoffmangel im Wasser, sodass noch mehr Phosphat aus dem Sediment freigesetzt wird – ein Teufelskreis. Sulfat und seine Abbauprodukte – insbesondere Sulfid – können zudem giftig auf aquatische Lebewesen wirken.

„Großer Handlungsbedarf“

„Es besteht großer Handlungsbedarf, die Sulfatkonzentrationen in Gewässern zu verringern“, betont Zak. Als eine Möglichkeit, um die Schadstoffe aus Ökosystemen zu entfernen, schlagen die Forscher zum Beispiel die biologische Sanierung mithilfe lebender Organismen wie Prokaryonten, Pilzen oder Pflanzen vor. Diese speichern oder zersetzen das Sulfat und filtern so natürlicherweise den Boden. Mögliche Systeme für eine solche Biosanierung sind etwa sogenannte Pflanzenkläranlagen, Bioreaktoren und durchlässige reaktive Barrieren. Als weitere Möglichkeit sehen die Wissenschaftler die Renaturierung von Mooren: Die Wiedervernässung dieser Flächen kann die Freisetzung von Schwefel stoppen, sodass dort sogar wieder Schwefel gespeichert wird. Zudem filtern diese Feuchtgebiete sulfatreiches Wasser, das über Grund- oder Oberflächenwasser zu ihnen gelangt.

„Da die Probleme im Zusammenhang mit hohen Sulfateinträgen bisher vor allem regional wahrgenommen werden, sind die Auswirkungen auf Binnengewässer noch nicht als global aufkommendes Umweltproblem erkannt“, so Zak. „So haben viele Länder dafür keine Umweltstandards definiert. Wir möchten mit unserer Studie auf die Problematik aufmerksam machen, den derzeitigen Stand zur Sulfatbelastung aufzeigen und gleichzeitig auf die noch zahlreichen Wissenslücken hinweisen“, fasst der Forscher abschließend zusammen.

Quelle: Leibniz-Institut für Gewässerökologie und Binnenfischerei (IGB), Fachartikel: Earth Science Reviews, doi: 10.1016/j.earscirev.2020.103446

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