22. Mai 2012

Bleigehalt der Luft in Russland seit 1680 rekonstruiert

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Ein Forschungsteam des Paul Scherrer Instituts hat den zeitlichen Verlauf der Bleikonzentration in der Luft in Russland seit 1680 erstellt. Da es keine kontinuierlichen Messungen des Bleigehalts in der Luft gibt, liefern die Forschenden den ersten solchen Überblick. Die Ergebnisse zeigen einen deutlichen Anstieg der Bleikonzentration in der Luft seit den Dreissigerjahren des 20. Jahrhunderts und eine deutliche Abnahme seit den Siebzigerjahren. Die Zunahme wird als Folge der starken Industrialisierung und der vermehrten Nutzung von verbleitem Benzin gedeutet. Der Rückgang ist auf ökonomische Schwierigkeiten und anschliessende Auflösung der ehemaligen Sowjetunion zurückzuführen, begleitet von einer Abnahme der Abgasemissionen im Strassenverkehr. Einen ähnlichen Rückgang haben die Forschenden in einer früheren Arbeit auch in Westeuropa festgestellt – hier wurde er aber durch die Einführung bleifreien Benzins verursacht. Ihre Erkenntnisse haben die Forschenden aus einem Eisbohrkern gewonnen, den sie aus einem Gletscher im Altaigebirge entnommen haben. In den verschiedenen Eisschichten ist darin die Zusammensetzung der Atmosphäre aus vergangenen Zeiten archiviert. Die Bleikonzentrationen und die Zusammensetzung der Bleiisotope im Eisbohrkern wurden mit einem empfindlichen (Sektorfeld-) Massenspektrometer gemessen. Die Ergebnisse wurden in der Zeitschrift Environmental Science and Technology veröffentlicht.

“Blei in der Luft ist gesundheitsschädlich. Vor allem behindert es die kognitive Entwicklung bei Kindern” erklärt Margit Schwikowski, Leiterin der Forschungsgruppe Analytische Chemie am Paul Scherrer Institut. Die Hauptquelle von Blei in der Atmosphäre sind Bleiverbindungen, die aus verbleitem Benzin stammen und über die Abgase in die Luft abgegeben werden. Um die Bleibelastung zu reduzieren, hat man in den westlichen Ländern seit den Siebzigerjahren die Nutzung verbleiten Benzins zunehmend reduziert und schliesslich verboten. “In einer Arbeit, die wir 2004 veröffentlicht haben, konnten wir zeigen, dass die Bleikonzentration seit der Einführung bleifreien Benzins in Westeuropa tatsächlich deutlich zurückgegangen ist”, betont Schwikowski.

Russland und Westeuropa – ähnliche Entwicklung, verschiedene Gründe

“In unserer neuesten Untersuchung haben wir die Bleikonzentration in der Luft in Russland seit 1680 bestimmt und sehen auch hier für die Zeit seit den 70er Jahren eine deutliche Abnahme. Wir deuten diese aber als ungeplanten Effekt, der mit dem Niedergang der Wirtschaft in der Sowjetunion und dem daraus folgenden Rückgang der Abgasemissionen zusammenhängt”, erklärt Anja Eichler, Wissenschaftlerin in Schwikowskis Forschungsgruppe, die die Untersuchungen durchgeführt hat.

Vergangenheit im Eis konserviert

Die Informationen über die Bleikonzentrationen der vergangenen Jahrhunderte haben die Forscherinnen aus einem Eisbohrkern gewonnen, den ein internationales Forschungsteam unter der Leitung von Margit Schwikowski 2001 im russischen Altaigebirge in der Grenzregion von Russland, China, Mongolei und Kasachstan gebohrt hat. Ein solcher Bohrkern wird aus einem Gletscher entnommen, der über die letzten Jahrhunderte nicht geschmolzen ist. Er entsteht, wenn sich der Schnee aufeinanderfolgender Jahre ablagert und unter dem eigenen Gewicht zusammengedrückt wird. Da der Schnee auch immer Spuren der verschiedenen Atmosphärenbestandteile enthält, wird im Gletschereis die Atmosphärenzusammensetzung aus der Vergangenheit konserviert. Die Bleikonzentrationen und auch die Zusammensetzung der Bleiisotope im Eisbohrkern wurden mit einem empfindlichen (Sektorfeld-) Massenspektrometer gemessen.

Spuren von Silberabbau und Industrialisierung

“Blei in der Atmosphäre kann aus verschiedenen Quellen stammen” erklärt Margit Schwikowski. “Es kann als Gesteinsstaub aus Wüsten in die Luft gelangen oder bei Vulkaneruptionen freigesetzt werden. Der grösste Teil stammt heute aber aus menschlicher Aktivität: aus der Verbrennung von Kohle, dem Abbau und der Verhüttung von Metallen und aus verbleitem Benzin.” Diese verschiedenen Quellen kann man auch bei dem Blei aus Russland nachweisen. “Bis ins 18. Jahrhundert sehen wir nur das Blei aus natürlichen Quellen. Seit etwa 1770 folgt ein Anstieg, weil man in der Nähe des Gletschers begonnen hat Silber für die russische Münzherstellung abzubauen”, erklärt Anja Eichler. “Seit der Zeit von Katharina der Grossen wurden im Altai-Gebiet alle russischen Münzen hergestellt. Ab den Dreissigerjahren des 20. Jahrhunderts sieht man dann einen weiteren Anstieg, der mit der zunehmenden Industrialisierung in der Sowjetunion und der damit verbundenen verstärkten Nutzung von verbleitem Benzin zusammenhängt.” Hier unterscheiden sich die Ergebnisse der Messungen in Russland wieder deutlich von denen aus Westeuropa, wo der mit der Industrialisierung verbundene Anstieg der Bleikonzentration bereits Ende des 19. Jahrhunderts zu sehen ist. Da keine kontinuierlichen Messungen des Bleigehalts in der Luft durchgeführt werden, liefern die Ergebnisse der PSI-Forschenden den ersten umfassenden Überblick über dessen Entwicklung – in der aktuellen Arbeit für Russland und in der Veröffentlichung von 2004 für Westeuropa.

Wie sich Blei aus verschiedenen Quellen unterscheiden lässt

“Wir bestimmen nicht nur die Bleimenge, sondern können zum Teil auch den Ursprung des Bleis aus der Isotopenzusammensetzung zuordnen. In der Natur treten vor allem drei Isotope auf, die in verschiedenen Lagerstätten in verschiedenen Verhältnissen vorkommen”, sagt Eichler. “So können wir zeigen, dass sich in Russland kein Blei aus in Europa verwendetem verbleitem Benzin findet. Dieses stammt aus Australien und hat eine ganz andere Zusammensetzung als das russische. Das heisst auch, dass die Einführung bleifreien Benzins in Europa keinen Einfluss auf die Bleikonzentration in Russland hatte. Und wir sehen auch, ab wann das Blei mehrheitlich aus den Lagerstätten und nicht aus Gesteinsstaub stammt. Das Blei aus dem Silberabbau können wir mit unseren Methoden aber nicht von dem Blei aus dem Benzin unterscheiden – beide stammen aus derselben Lagerstätte.”

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Über das PSI

Das Paul Scherrer Institut entwickelt, baut und betreibt grosse und komplexe Forschungsanlagen und stellt sie der nationalen und internationalen Forschungsgemeinde zur Verfügung. Eigene Forschungsschwerpunkte sind Materie und Material, Mensch und Gesundheit, sowie Energie und Umwelt. Mit 1500 Mitarbeitenden und einem Jahresbudget von rund 300 Mio. CHF ist es das grösste Forschungsinstitut der Schweiz.