26.07.2018 | Presseinformationen:

Marine Algensedimente als riesige Quecksilberspeicher Ablagerungen zeigen Verschmutzung seit Beginn des Industriezeitalters

Quecksilber spielt seit Jahrhunderten in vielen Herstellungsprozessen eine Rolle. Hierzu sind vor allem die Gold- und Silbergewinnung, aber auch die Freisetzung in die Atmosphäre durch die Kohleverbrennung zu nennen. Diese Prozesse haben zu einer starken Anreicherung des Quecksilbers in der Umwelt, vor allem in den aquatischen Ökosystemen, geführt. Der Verbleib des Elements im Meer ist bisher kaum verstanden. Wissenschaftler der Technischen Universität Braunschweig haben Sedimentablagerungen durch Algen in der Antarktis auf Quecksilberablagerungen untersucht. Sie haben herausgefunden, dass diese Mikroalgen hohe Konzentrationen des Umweltgiftes speichern und damit gleichzeitig Auskunft über das Ausmaß und den Beginn der globalen Quecksilberemission geben können. Ihre Ergebnisse haben die Forschenden im „SCIENCE“-Magazin veröffentlicht.

Aus atmosphärisch eingetragenem Quecksilber bildet sich im Meer durch chemische Umwandlungsprozesse sehr giftiges Methylquecksilber, das sich in Fischen anreichert. Vor allem große Jäger wie der Thunfisch sind davon betroffen – und über den Verzehr von Fisch auch der Mensch.

Bisher lagen keine Daten aus Sedimentkernen aus dem offenen Meer vor, die Quecksilbereinträge in den Ozeanboden aufgezeichnet haben. Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler der TU Braunschweig haben nun die Rolle von Algen für die Ablagerung von Quecksilber in biogenen Meeressedimenten untersucht.

In der Arbeitsgruppe Umweltgeochemie am Institut für Geoökologie der TU Braunschweig hat ein Team unter Leitung von Professor Harald Biester Sedimentkerne aus dem Antarktischen Meer, die überwiegend aus Algenmaterial wie Kieselalgen bestehen, auf die historische Ablagerung von Quecksilber analysiert. Ihr namensgebendes Merkmal ist die kieselsäurehaltige Schale. Sterben die Algen ab, sinken ihre Schalen auf den Meeresboden herab und bilden teilweise 100 Meter mächtige Kieselgur-Sedimente aus.

Die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler können anhand ihrer Analysen erstmals zeigen, dass Kieselalgen, auch Diatomeen genannt, die im Südpolarmeer aufgrund der dortigen hohen Nährstoffkonzentrationen in großer Anzahl auftreten, große Mengen an Quecksilber binden. Mikroalgen tragen Quecksilber in biogene marine Sedimente ein, sogenannte Diatomeen-Schlämme, die größtenteils aus Überresten dieser Kieselalgen bestehen. Die im Bereich der Antarktis bestimmten Quecksilber-Akkumulationsraten sind dabei die höchsten, die bisher im marinen Bereich nachgewiesen wurden.

Berechnungen, basierend auf dem Silizium/Quecksilber-Verhätlnis in den untersuchten Sedimentkernen sowie Literaturdaten, machen deutlich, dass zwischen neun und 20 Prozent des jährlich industriell abgegebenen Quecksilbers allein durch Diatomeen sedimentiert worden sein könnte. Die Berechnungen zeigen weiter, dass zwischen 6,5 und 20 Prozent des gesamten seit dem Industriezeitalter in die Atmosphäre emittierten Quecksilbers durch Diatomeen in den Ozeanen sedimentiert worden sein könnte. Diese Ergebnisse unterstreichen die wichtige Rolle der Quecksilber-Sedimentation durch Mikroalgen in den Ozeanen.

Die in den Sedimenten des Adélie-Beckens in der Antarktis aufgezeichnete hochaufgelöste (10 bis 40 Jahre) Quecksilber-Ablagerung der letzten 8.600 Jahre zeigt auch, dass sich die durch Menschen verursachte Verschmutzung der Atmosphäre in der Antarktis erst mit dem Beginn des Industriezeitalters um 1850 nachweisen lässt. Frühere Verschmutzungsperioden, zum Beispiel durch die Gold- und Silbergewinnung während der Kolonialzeit in Südamerika, konnten nicht nachgewiesen werden. Insgesamt liefert die Publikation wichtige neue Erkenntnisse zur globalen Verteilung von Quecksilber aus anthropogenen Quellen und seiner Anreicherung in der marinen Nahrungskette.

Diatom ooze sediments are a large marine mercury sink

Sediments reveal mercury pollution in Antarctica since the beginning of the industrial period

Mercury has been used and released by humans by multiple processes such as gold and silver mining and emissions of mercury to the atmosphere by coal burning, to name the most important ones. These processes have caused strong enrichment of mercury in the environment especially in aquatic systems. However, the fate of mercury in the marine environment is barely understood. Scientists from Technical University of Braunschweig, Germany, investigated cores of biogenic sediments from marine Antarctica for accumulation of mercury in the past 8.000 years. They found out that microalgae (diatoms) accumulate high amounts of mercury in marine sediments and reveal onset and extent of global anthropogenic mercury emissions. Results have been published in SCIENCE.

Atmospheric derived mercury is transformed in the ocean to toxic methylmercury, which is enriched in fish. Large marine predators such as tuna are strongly affected and even humans through fish consumption.

Up to now, no data on mercury accumulation in deep sea sediments has been available. Scientists from TU Braunschweig have now investigated the role of microalgae for mercury accumulation in biogenic marine sediments.

The environmental geochemistry group at the Institute of Geoecology at TU Braunschweig under direction of Prof Harald Biester has investigated marine bottom sediments which consist mainly of diatom remains (diatom ooze) for the historical accumulation of mercury. Those so called diatom ooze sediments are a result of algae blooms in the nutrient rich water of the Southern Ocean and form sediments of more than 100 m thickness with sedimentation rates of more than 1 cm per year.

With their analyses the scientists can show for the first time that diatom ooze accumulates large amounts of mercury in deep ocean sediments. Mercury accumulation rates derived from sediment cores from marine Antarctica are the highest ever reported for the marine environment.

Calculations based on the silicon/mercury ratio in the investigated sediment cores as well as literature data on global diatom ooze sedimentation reveal that between 9 and 20 percent of the annually emitted mercury from industrial sources could have been buried by diatoms alone. Moreover, diatom ooze could have been accumulated between 6,5 and 20 percent of all mercury emitted to the atmosphere during the industrial period. These results highlight the important role of algae for the accumulation of mercury in marine sediments.

The high resolution (10-40 years) historical mercury record (8.600 years) derived from Adélie Basin (marine Antarctica) sediments indicates that anthropogenic mercury pollution in Antarctica started with the beginning of the industrial period at around 1850 AD. Earlier emissions, for example from colonial gold and silver mining in the 16th century where mercury was used for the extraction of the precious metals, could not be detected. Overall, the publication presents new important results for the global distribution of mercury emitted from anthropogenic sources and its enrichment in the marine food chain.