Die Verschmutzung mit Quecksilber ist aufgrund seiner toxischen Wirkung ein Thema von globaler Bedeutung. Insbesondere in arktischen Organismen wurden bereits hohe Werte gemessen – mit beunruhigenden Auswirkungen auf Ökosysteme und die Nahrungskette. Bislang wurde der Grönländische Eisschild hierbei nicht berücksichtigt. Nun zeigen Forschende um Jon Hawkings vom Deutschen GeoForschungsZentrum Potsdam und der Florida State University, dass Schmelzwässer im Südwesten Grönlands erhebliche Mengen Quecksilber in den arktischen Ozean transportieren. Aufgrund der großen nachgewiesenen Mengen gehen die Forschenden davon aus, dass sie geologischen Ursprungs sind. Ihre Messungen stellen sie aktuell im Fachjournal Nature Geoscience vor.

Quecksilber: Gift für Mensch und Umwelt – insbesondere in der Arktis

Quecksilber ist biologisch kaum nützlich, erweist sich in Form diverser chemischer Verbindungen aber als umso giftiger. Es reichert sich in der Nahrungskette an und wird durch den Verzehr von Fisch und Meeresfrüchten zu einer Gefahr für den Menschen. Die mit den Folgen für Umwelt und Gesundheit verbundenen sozio-ökonomischen Kosten werden auf mehr als fünf Milliarden US-Dollar pro Jahr geschätzt.

Eine signifikante Verschlimmerung dieser Problematik geht auf das Konto von fossiler Energieerzeugung, Industrie, Bergbau und Verkehr. Aber es gibt auch natürliche Quellen wie die Emissionen von Vulkanen, Feuer und die Verwitterung quecksilberhaltiger Gesteine. Die Arktis erweist sich in beiderlei Hinsicht als besondere Problemzone: Der Quecksilber-Gehalt in Meeresorganismen ist dort in den vergangenen 150 Jahren um eine Größenordnung gestiegen. Über die Atmosphäre gelangen Staubteilchen und Aerosole in diese Region, und der Klimawandel und die damit verbundene Erwärmung der Arktis führen zu höheren Einträgen durch mehr und stärkere Schmelzwässer.

Internationales Team nimmt Grönländischen Eisschild in den Blick

Dem grönländischen Eisschild, der rund ein Viertel der arktischen Landmassen bedeckt, wurde in diesem Zusammenhang bisher wenig Aufmerksamkeit geschenkt. Das änderte ein 22-köpfiges internationales Forschungsteam um Jon Hawkings, Postdoktorand in der Sektion Grenzflächen-Geochemie am GFZ und der Florida State University, mit 17 beteiligten Institutionen aus Europa und den USA (s.u.). In Messkampagnen während der arktischen Sommer der Jahre 2012, 2015 und 2018 nahmen sie Proben aus drei Schmelzwasser-Abflüssen von Gletschereinzugsgebieten am südwestlichen Rand des grönländischen Eisschilds und den flussabwärts gelegenen Fjorden. Das Schmelzwasser wurde im Laborzelt gefiltert, das ausgefilterte Sediment luftgetrocknet, gekühlt und ersten Analysen unterzogen. Ausführlich wurden die Quecksilbergehalte je nach Kampagne in den Laboren der beteiligten Institutionen bestimmt, u.a. mit Massen- und Fluoreszenz-Spektrometrie.

Überraschend hohe Quecksilber-Konzentrationen

Ursprünglich wollten Hawkings und seine Kollegin, die Glaziologin Jemma Wadham, Professorin am Cabot Institute for the Environment der Universität Bristol, in diesen Gewässern Gehalt und Wege von Nährstoffen untersuchen. Bei der Analyse wurden sie dann von extrem hohen Quecksilberwerten überrascht, vergleichbar mit Flüssen im industriellen China: Der typische Gehalt an gelöstem Quecksilber in Flüssen liegt bei etwa 1 bis 10 Nanogramm pro Liter. Das entspricht einer salzkorngroßen Menge Quecksilber in einem olympischen Schwimmbecken mit Wasser. In den Schmelzwasserflüssen der grönländischen Gletscher ermittelten die Forschenden jedoch weit höhere Werte von mehr als 150 Nanogramm pro Liter. Ungelöste Quecksilberpartikel wurden in noch viel höheren Konzentrationen von mehr als 2000 Nanogramm pro Liter gefunden.

„Der Export von gelöstem Quecksilber aus dieser Region muss global gesehen als signifikant eingeschätzt werden“, betont Jon Hawkings. Es handele sich um bis zu 42 Tonnen pro Jahr, was etwa zehn Prozent des geschätzten globalen Fluss-Exports in die Ozeane entspricht. „Das gehört zu den höchsten Konzentrationen von gelöstem Quecksilber, die je in natürlichen Gewässern gemessen wurden. Und die hohen Werte bleiben auch in flussabwärts gelegenen Fjorden bestehen, was ein potenzielles Risiko der Anreicherung in küstennahen Nahrungsnetzen mit sich bringt“, so Hawkings.

Klimawandel dürfte die Situation weiter verschärfen

Besonders relevant ist diese Erkenntnis nicht zuletzt vor dem Hintergrund, dass die Fischerei der wichtigste Wirtschaftszweig in Grönland ist und das Land ein wichtiger Exporteur von Kaltwassergarnelen, Heilbutt und Kabeljau.

„Die Entdeckung, dass Gletscher auch potenzielle Giftstoffe transportieren können, enthüllt eine besorgniserregende Dimension der Einflussnahme von Gletschern auf die Wasserqualität und auf flussabwärts gelegene Gemeinschaften“, sagt Jemma Wadham. „Das kann sich in einer sich erwärmenden Welt verändern und unterstreicht die Notwendigkeit weiterer Untersuchungen.“

Natürliche Quelle erfordert Umdenken bei Schutzmaßnahmen

Die Quelle der großen nachgewiesenen Quecksilbermengen ist sehr wahrscheinlich die Erde selbst. Hawkings vermutet, dass der Fels unter den Gletschern von Eismassen abgeschmirgelt wird. Aber auch die geothermische Aktivität unter dem Eisschild könnte eine Rolle spielen. Vergleichsdaten von der Schneeoberfläche und aus dem Eis, wo sich Quecksilber aus der Verbrennung fossiler Brennstoffe oder anderen industriellen Quellen ansammeln, sind jedenfalls zu gering. Das könnte für Wissenschaftler und politische Entscheidungsträger wichtig sein, um in Zukunft das Management der Quecksilberverschmutzung zu planen.

„Alle bisherigen Bemühungen um den Umgang mit Quecksilber gehen von der Vorstellung aus, dass die steigenden Konzentrationen, die wir im gesamten Erdsystem beobachten, in erster Linie von direkten anthropogenen Aktivitäten, wie der Industrie, stammen“, sagte Hawkings. „Aber Quecksilber, das aus klimatisch empfindlichen Umgebungen wie Gletschern stammt, könnte eine Quelle sein, die viel schwieriger zu handhaben ist.“

An der Studie wirkten Forschende aus folgenden Institutionen mit: USA (USGS, Woods Hole Oceanographic Institute, University of California Santa Cruz, Brigham Young University), Großbritannien (University of Bristol, University of Glasgow), Tschechien (Charles University), Norwegen (UiT The Arctic University of Norway, UiO University of Oslo), Grönland (Greenland Climate Research Centre), Niederlande (Royal Netherlands Institute of Sea Research).

Projektförderung: Jon Hawkings ist Post-Doktorand am Deutschen GeoForschungsZentrum GFZ. Im Rahmen seines Horizon 2020 MSCA Marie Skłodowska Curie Actions Global Fellowship arbeitete er seit 2018 zunächst zwei Jahre an der Florida State University FSU (USA), bevor er seine Forschung nun in Potsdam fortsetzen wird. Sein Projekt trägt den Titel „ICICLES - Iron and Carbon Interactions and Biogeochemical CycLing in Subglacial EcosystemS“.

Originalstudie: Hawkings, J.R., Linhoff, B.S., Wadham, J.L. et al. Large subglacial source of mercury from the southwestern margin of the Greenland Ice Sheet. Nat. Geosci. (2021). DOI: 10.1038/s41561-021-00753-w

Wissenschaftlicher Kontakt:
Dr. Jonathan Hawkings
Sektion Grenzflächen-Geochemie
Helmholtz-Zentrum Potsdam
Deutsches GeoForschungsZentrum GFZ
Telegrafenberg
14473 Potsdam
E-Mail: jonathan.hawkings@gfz-potsdam.de

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