Mechanismen und Pfade von Arsen, Antimon und Quecksilber bei der Biomethylierung im Boden
Arsen (As) ist in der Umwelt allgegenwärtig und ist in Böden sowohl in anorganischer als auch in organischer Form zu finden. Die organischen Formen in Böden sind meist mono- und dimethylarsenische Säure (MMA(V) und DMAV(V)). Der Prozess, der als Biomethylierung bezeichnet wird und zu diesen Verbindungen führt, ist nicht allerdings nicht gut erforscht. Mikroorganismen im Boden verwandeln anorganisches As in weniger toxische oxidierte methylierte Verbindungen, meistens MMA(V) und DMA(V). Sie produzieren aber auch die reduziert methylierten Verbindungen MMA(III) und DMA(III), die sogar noch giftiger sind als anorganisches As. Biomethylierung steht mit einem anderen Mechanismus, der Biovolatilisation, im Zusammenhang, die zur Bildung von vier hochflüchtigen Verbindungen führt (Arsin, Mono-, Di- und Trimethylarsin). Das Projekt BIOMETA (Biomethylation and biovolatilisation of arsenic in soils: Using carbon and hydrogen isotopes to unravel the mechanisms and pathways involved) wurde ursprünglich gegründet, um die Biomethylierung und Biovolatilisation von As zu studieren. Zuerst fanden die Forscher heraus, dass Flechten eine wichtige Quelle von As in der Atmosphäre darstellen. Darüber hinaus könnte sich die Geschwindigkeit, mit der sie flüchtiges As abgeben, als nützlich bei der Aufdeckung von Biomethylierungspfaden in Inkubationsexperimente herausstellen. Darüber hinaus wurde eine Reihe von Experimenten zu Biomethylierung und Biovolatilisation von Sb (ein Schwesterelement von As) und Hg, einem anderen relevanten Schadstoff, durchgeführt. Neue kostengünstige, benutzerfreundliche Techniken wurden entwickelt, um methylierte und flüchtige Spezies von Sb und Hg zu messen. Dabei kam Hochleistungs-Flüssigkeits-Chromatographie kombiniert mit induktiv gekoppelter Plasma-Massenspektrometrie (HPLC-ICP-MS) zum Einsatz. Die Forscher entwickelten außerdem eine neue Methode, um flüchtige Sb-Spezies in Spuren zu messen, und nutzten dafür Flüssigkeitsfallen und eine neue quantitative Extraktionstechnik, die mithilfe von Oxalsäure methylierte Sb-Spezies in Böden und Organismen misst. Die Extraktions- und Analyseverfahren wurden kombiniert, um zu zeigen, dass Trimethylantimon (bis zu 1,8 ppm) in Schießanlagen zu finden ist. Die Forscher fanden außerdem heraus, dass durch die Flutung des Bodens an Schießständen bis zu 10% des Antimons im Porenwasser Trimethylantimon sind. Darüber hinaus zeigten hydroponische Pflanzenexperimente, dass Pflanzen, die auf Schießanlagen wachsen, wie etwa Weidelgras, Trimethylantimon aufnehmen und es zu den Trieben translozieren konnten. Diese können dann von Vieh gefressen werden, da Schießanlagen immer noch als Weiden genutzt werden. Außerdem wurde eine neue Technik entwickelt, um Methylquecksilber (MeHg) aus dem Boden und Biota mithilfe von Salzsäure zu extrahieren, gefolgt von der Extraktion mit Dichlormethan und L-Cystein. Der Extrakt wurde dann mithilfe von HPLC-ICP-MS gemessen. Die Wissenschaftler nutzten die Technik, um das Vorhandensein von MeHg in einer kontaminierten Aue in der Schweiz zu untersuchen. Darüber hinaus führten sie ein Bodeninkubationsexperiment durch, um die Auswirkungen von Überschwemmungen und die Zugabe von organischem Material auf die Hg-Werte aufzuzeigen. Die Arbeit von BIOMETA wird ein besseres Management und die Sanierung von Altlasten durch ein besseres Verständnis des Verhaltens dieser toxischen Elemente ermöglichen. Sie kann außerdem der Politik helfen, neue Gesetze basierend auf spezifischen Verbindungen zu schaffen.
Schlüsselbegriffe
Arsen, Boden, Antimon, Quecksilber, Biomethylierung, Biovolatilisation, BIOMETA
