Environmental Pollution Cluster

"Was mache ich zuerst?" scheint eine einfache Frage zu sein. Für Entscheidungsträger, die vor der komplexen Herausforderung "Umweltverschmutzung" stehen, wodurch natürliche Ressourcen, Wirtschaft und Gesundheit beeinträchtigt werden, sind nachhaltige Antworten jedoch außergewöhnlich komplex. Die "Umwelt" stellt ein komplexes System von interagierenden Ökosystemkompartimenten und unterschiedlichsten Prozessen dar, welches von komplexen Zusammenhängen und Rückkopplungsmechanismen geprägt ist. Der Zunehmende Eintrag verschiedenster Substanzen und Substanzklassen anthropogenen Ursprungs in solche "natürlichen Ökosysteme" erhöht die Ungewissheit über das interaktive Zusammenspiel physikalischer, chemischer und biologischer Prozesse in den komplexen Kompartimenten eines Ökosystems zusätzlich und führt dadurch zu weiterer Planungsunsicherheit.

Die aktuelle Forschung im Themenbereich "Umweltverschmutzung" hebt eine Reihe vorrangiger Themen besonders hervor, denen Wissenschaftler und Entscheidungsträger im Hinblick auf eine nachhaltige Sicherstellung der Umwelt- und Humangesundheit mit besonderer Priorität begegnen müssen:

  1. Bislang haben toxikologische Studien meist nur eine einzelne Chemikalie im Fokus. Jüngste Forschungsergebnisse zeigten jedoch die Notwendigkeit, die Auswirkung komplexer Substanzmischungen und deren interagierendes Verhalten in der Umwelt zu verstehen. Die meisten kontaminierten Standorte sind mit mehreren Substanzen, aus z.T. unterschiedlichen Substanzklassen belastet.
  2. Industrie, Landwirtschaft und Medizin zeigen sich besorgt über vermehrt auftretende Belastungen mit Substanzen und Substanzgruppen ("emerging pollutants") die bislang noch nicht in Monitoring Programmen, Luft- und Wasserreinigungssystemen sowie bei Abfallanalysen erfasst werden (z. B. anorganische und organische Nanopartikel, oder Neonicotinoide der 5. und 6. Generation).
  3. In der Vergangenheit wurden große Anstrengungen unternommen, um das Abbauverhalten, das Vorkommen und die Ökotoxikologie von Schadstoffen in der Umwelt zu untersuchen. Dagegen sind die toxikologische Wirkung und das Abbauverhalten von deren Metaboliten, Transformations- und Abbauprodukten noch weitgehend unbekannt.

Die fünf Forschungsgruppen (vier Units) des GIUB, die an diesem Cluster beteiligt sind, befassen sich bereits seit mehreren Jahren mit dem Verhalten toxischer Substanzen in der Umwelt einerseits, sowie mit dem Ablauf von politischen Entscheidungsprozessen in diesem Themenfeld andererseits.

Die integrative Forschung im Cluster "Umweltverschmutzung: Prozesse, räumliche Skalen und politische Entscheidungsfindung" hat zum Ziel, das am GIUB vorhandene Wissen in den Bereichen "Umweltverhalten von Schadstoffen" und "politische Entscheidungsfindung zur Umsetzung einer nachhaltigen Entwicklung auf verschiedenen Entscheidungsebenen" durch interdisziplinäre Diskussionen und gemeinsame Forschung zusammen zu bringen. Um dieses Ziel zu erreichen, arbeiten die Forschungsgruppen des Clusters gemeinsam an vier "Fallstudien" in der Schweiz: (1) Der Wohlensee (Metalle und flüchtige Metallverbindungen, Methanbildung, Mikrokunststoff), (2) die Region Visp-Raron (Quecksilber- und Nickelkontamination), (3) Ausbringung von Dünger- und Pflanzenschutzmitteln in der Schweizer Landwirtschaft, (4) Sedimentarchive in kleinen nährstoffreichen Seen des Schweizer Mittellandes (Moossee, Burgäschisee), die ein hochaufgelöstes Archiv persistenter organischer Schadstoffe (Pestizide aus der Landwirtschaft), Nährstoffeinträge (Phosphat), sowie von Schwermetalleinträgen und toxischer Algen darstellen. Dies wird es ermöglichen die Kontaminationsereignisse in einen zeitlichen Zusammenhang mit der Nährstofffreisetzung und der Klimaerwärmung zu stellen.


Der Cluster “Umweltverschmutzung” hat zwei Forschungsziele:

  1. Die Entwicklung von Landnutzungsplänen und Sanierungsstrategien für Standorte die mit komplexen Stoffgemischen belastet sind. Voraussetzung hierfür ist es, dass  antagonistische oder synergistische Wirkungen dieser Substanzgemische bereits bekannt sind. Dies ist bei der Fallstudie 1 gegeben. Für diesen Standort sollen mechanistische und numerische Modelle entwickelt werden, die das Gefährdungspotential dieser Substanzmischungen unter sich ändernden Landnutzungsbedingungen und/oder im Sanierungsfalle abschätzen. Diese Abschätzungen dienen als Grundlage für lokale Entscheidungsfindungsprozesse unter der Berücksichtigung der unterschiedlichen Interessen verschiedener beteiligter Akteure und Interessensgruppen.
  2. Die Entwicklung von Labormethoden und Analyseprotokollen zur Bestimmung der Ökotoxizität und Persistenz von neuen Schadstoffgruppen und deren Metaboliten sowie von komplexen Substanzmischungen in der Umwelt. Die neuen analytischen Methoden können die Basis für Monitoring Programme und regulative Massnahmen in der Schweiz und der EU bilden.

Das Forschungscluster wird sich hierbei vor allem auf die Grenzbereiche zwischen aquatischen und terrestrischen Ökosystemen (Überschwemmungsgebiete, Seen und deren unmittelbare Umgebung) konzentrieren. Diese Ökosystembereiche reagieren besonders empfindlich auf Umweltbelastungen. Wir beschränken uns des Weiteren auf zwei Substanzgruppen: Pflanzenschutzmittel und Schwermetalle. Diese beiden Substanzgruppen zählen laut Europäischem Umweltinformations- und Umweltbeobachtungsnetz quantitativ zu den wichtigsten Belastungsklassen.


Vier Forschungsstandorte in der Schweiz wurden für dieses Projekt ausgewählt:

  1. Der Wohlensee bei Bern. Der Wohlensee wurde in der Vergangenheit durch die Abwässer der Stadt Bern, lokale Papierproduktion, unzureichend geschützte Deponien und Abwässer von der Autobahn belastet. Heute sind die Schadstoffe im Sediment gespeichert und ermöglichen eine Untersuchung der Historie der Belastungsgeschichte. Der See produziert grosse Mengen an Methan und es stellt sich die Frage ob damit auch flüchtige Metall(oid)verbindungen in die Umwelt gelangen.
  2. In der Region Visp-Raron (Kanton Wallis) treten geogen bedingt erhöhte Schwermetallkonzentrationen im Gestein auf, die als Sedimente in die Auenböden der Region Visp und Raron transportiert und abgelagert werden können. Zusätzlich betreibt die Firma Lonza, ein Chemieunternehmen in Visp. Nach Schätzungen des Unternehmens wurden zwischen den 1930er und 1970er Jahren ca. 50 Tonnen Quecksilber in den Grossgrundkanal entlassen. Dieser Kanal wurde mehrere Male entleert und die Sedimente wurden auf den umliegenden landwirtschaftlichen Flächen und Hausgärten ausgebracht.
  3. In der schweizerischen Landwirtschaft wird eine Vielzahl von verschiedenen Düngermitteln, Pestiziden und anderen Chemikalien (z.B. Wachstumsregulatoren) eingesetzt. Mineralische Phosphatdünger könnten beispielsweise hohe Konzentrationen der Schwermetalle Cadmium und Uran enthalten. Diese können sowohl vom Getreide aufgenommen, als auch im Boden angereichert werden, oder in das Gewässer ausgewaschen werden. Stallmist kann erhöhte Konzentrationen an Zink und Kupfer enthalten, weil diese dem Futter zugegeben werden um das Wachstum der Tiere zu fördern. Zusätzlich werden, abhängig von der Anbaukultur, grosse Mengen an Pestiziden auf landwirtschaftlichen Flächen ausgebracht. Dabei werden verschiedene Pestizide oft kombiniert um verschiedene Schädlinge zu bekämpfen und um einer Resistenzbildung entgegenzuwirken. Neben einer Anreicherung im Boden, welche die Bodenfruchtbarkeit beeinflussen können, könnten diese Stoffe auch durch Feldfrüchte aufgenommen werden und dadurch in die menschliche Nahrungskette gelangen.
  4. Sedimente aus kleinen eutrophen Seen im intensiv landwirtschaftlich genutzten Schweizer Mittelland (Moossee, Burgäschisee) können mit einer Vielzahl an persistenten organischen Schadstoffen, Metallen und mit toxischen Algen belastet sein. Einerseits können diese Sedimente als natürliche Archive genutzt werden, um die historische Verschmutzung in der Schweiz zu rekonstruieren. Andererseits ist es in der Diskussion, entnommene Sedimente aus diesen Gewässern entnommen auf landwirtschaftlichen Flächen auszubringen. Aufgrund der veränderten physikochemischen Rahmenbedingungen nach der Ausbringung (z.B. aerobe Bedingungen) birgt dies jedoch die Gefahr einer Re-Mobilisierung eines Teils der gebundenen Schadstoffe.


Die in diesem Cluster engagierten fünf Forschungsgruppen des GIUB verfügen über langjährige Erfahrungen im Hinblick auf die Untersuchung von Boden- und Sedimentbelastungen, Sanierungen, räumlicher Verbreitung und Ausbreitungsmuster von Kontaminationen, Methodenentwicklung, der Quantifizierung von Schadstoffen und deren Abbauraten. Darüber hinaus beschäftigen sie sich seit langem mit Fragen der Umweltpolitik, wie z.B. der Rolle verschiedener Akteure in der Umweltpolitik, der Entscheidungsfindung bei der Planung zukünftiger Managementstrategien und der Partizipation verschiedener Interessengruppen im Rahmen einer nachhaltigen Entwicklung.

Team


Lehrveranstaltungen

Der Cluster bietet die Lehrveranstaltung «Challenges in Geography II» an, die jeweils im Frühlingssemester stattfindet. Weitere Informationen zu diesem Kurs sind auf dem Kernsystem Lehre (KSL) verfügbar.
 

Bachelor und Masterarbeiten

Der Cluster bietet mehrere Themen für Masterarbeiten an, die auch in Teilprojekten innerhalb einer Bachelorarbeit behandelt werden können. Für weitere Informationen kontaktieren Sie bitte den entsprechenden Betreuer. Gerne können Sie auch eigenen Themen vorschlagen. Kontaktieren Sie dafür bitte Dr. Klaus Jarosch (klaus.jarosch@giub.unibe.ch).