Was machen Nanopartikel im Boden?

Bundesanstalt für Geowissenschaften und Rohstoffe (BGR) Was machen Nanopartikel im Boden?

Nanopartikel aus Silber in der Kleidung wirken gegen Bakterien und verhindern Schweißgeruch. Segensreich in jeder Sportsocke! Was bedeuten sie aber für unsere Umwelt? Dieser Frage nimmt sich eine Forschergruppe der Bundesanstalt für Geowissenschaften und Rohstoffe an.

Zwei BGR-Wissenschaftler untersuchen im Labor die Mobilität von Nanopartikeln in Böden. Dabei helfen ihnen Farbtracer, um die durchströmten Bereiche in den Bodenproben im Plexiglaszylinder sichtbar zu machen.

Forscher untersuchen, wie Nanopartikel in Bodenproben wandern.

Foto: BGR Hannover

Winzige Nanopartikel sind heute in vielen Gebrauchsgütern enthalten, so auch in Sonnenschutzmitteln. Sie bewirken eine Reflektion der Sonnenstrahlung auf der Haut. An Hauswänden verhindern sie, dass sich Algen dauerhaft festsetzen. In Textilfasern sind Silberpartikel schon seit einiger Zeit enthalten, da Silber das Wachstum von Mikroorganismen hemmt und so desodorierend wirkt. Nanoteilchen helfen heute, Antibiotika im Körper zu den zu bekämpfenden Bakterien zu bringen.

Nano auf dem Vormarsch

Ein BGR-Bodenkundler katalogisiert im Feld den zu beprobenden Sandboden. Die Probe wird aus dem Oberboden entnommen, der sich durch seinen Humusgehalt deutlich vom ockerfarbenen Unterboden unterscheidet.

BGR-Bodenkundler untersucht Sandboden

Foto: BGR Hannover

Solche Partikel in der Größe von wenigen millionstel Millimetern sind auf dem Vormarsch. Daher muss rechtzeitig über ihre Auswirkungen auf die Umwelt geforscht werden. Das Problem ist, dass bislang nur spekuliert werden kann, welche Wirkung sie haben, wenn sie aus der Wäsche in die Kläranlage und dann in den Boden gelangen. Werden Sie in Grundwasser oder Pflanzen verlagert? Und überhaupt: Wie mobil sind die Nanoteilchen im Boden?

Die Forscherinnen und Forscher in der Bundesanstalt für Geowissenschaften und Rohstoffe (BGR) haben dies zunächst im Labor untersucht mit künstlich geschütteten Bodenproben, denen sie Nanopartikel beifügten. Im zweiten Schritt verfolgten sie den Weg mit Proben, die die natürliche Bodenstruktur aufwiesen. Die bisherigen Resultate sind noch nicht eindeutig. Der Grund: Je nach Versuchsanordnung blieben die Partikel überwiegend im Boden, da sie sich teilweise mit anderen Stoffen verbanden oder mit dem Wasser versickerten.

(Säulenversuch): Laborversuch mit Nanopartikeln in Bodenproben. Die Glasröhren werden mit künstlichem Regenwasser durchströmt. Der Ablauf wird in Glasgefäßen für die anschließende chemische Analytik gesammelt.

Laborversuch mit Nanopartikeln

Foto: BGR Hannover

Auch Pflanzen können die Partikel aufnehmen. Allerdings stellten die Forscher und Forscherinnen fest, dass die Nanoteilchen in den Wurzeln verblieben und nicht in die Blätter oder die Früchte weiter wanderten.

Die BGR wird die Politik beim Umgang mit diesen Stoffen und ihre Auswirkungen für den Boden beraten. Dies gilt gleichermaßen für eine Vielzahl anderer Fragen. Die Einrichtung muss abwägen zwischen einerseits dem wirtschaftlichen und gesellschaftlichen Nutzen und andererseits den Gefahren für Mensch und Umwelt.

Ökonomie, Ökologie und Soziales

Stitched Panorama, BGR, Hannover, Gebäude

Gebäude der BGR

Foto: BGR Hannover

Drei Schlüsselbegriffe für ein Thema – Nachhaltigkeit: Als Dreiklang ein zentrales Leitmotiv der BGR für bei der Wahrnehmung ihrer Forschungs- und Beratungsaufgaben.

Professor Ralph Watzel, Präsident der Bundesanstalt für Geowissenschaften und Rohstoffe, sagt: "Wir müssen verstehen, was es heißt, auf der einen Seite die Erde nachhaltig zu nutzen, und auf der anderen Seite sich auch gegen die Gefahren, die von der Erde herrühren – wie zum Beispiel Erdbeben – zu schützen. Das müssen wir so tun, dass die Menschen noch möglichst lange auf und im Einklang mit der Erde leben können."

BGR Interview Prof. Dr. Ralph Watzel, Präsident der Bundesanstalt für Geowissenschaften und Rohstoffe

Die BGR berät die Bundesregierung und die deutsche Wirtschaft auch in allen rohstoffwirtschaftlichen Fragen und hilft so, die Energie- und Rohstoffversorgung des Industriestandortes Deutschland zu sichern. Sie hilft beim Aufbau von nationalen und internationalen Kartenwerken und Standardisierungen. Dazu ist Forschung über die Folgen des Abbaus benötigter Rohstoffe unbedingt erforderlich.

Schätze auf dem Meeresboden

Manganknollenfeld im Pazifik: Ein Manganknollenfeld in rund 4000 Meter Tiefe. Der Meeresboden ist übersät mit den kartoffelgroßen Metallklumpen.

Manganknollenfeld 4000m unter dem Meeresspiegel

Foto: BGR Hannover

Im Meer finden sich Rohstoffe, die für die Wirtschaft angesichts schrumpfender Reserven an Land immer interessanter werden. Manganknollen liegen in großer Menge am Meeresboden, allerdings in mehreren tausend Metern Tiefe. Mangan ist in der in der Natur vorkommenden Form noch schlecht nutzbar. Hier bedarf es weiterer Studien. Von hohem Wert sind aber Kupfer, Nickel und Kobalt, die aber zusammen nur drei Prozent der Brocken ausmachen.

Ein Gebiet zwischen Mexiko und Hawaii, - so groß wie die Europäische Gemeinschaft - ist von der Internationalen Meeresbodenbehörde zu Erforschung und gegebenenfalls für einen späteren Tiefseebergbau freigegeben worden. Eine dieser Lizenzen mit einer Fläche größer als Bayern besitzt die BGR.

Schon zehn Jahre lang erforscht sie das Gebiet und kann so Politik und Wirtschaft die notwendigen Informationen für die Frage liefern, ob sich ein späterer Tiefseebergbau durch die Industrie lohnt – insbesondere auch unter dem Aspekt, die Umweltbeeinträchtigungen so gering wie möglich zu halten.

Mit Forschungsschiffen unterwegs

Grafik Lizenzgebiete im Pazifik: Das deutsche Lizenzgebiet zur Exploration von Manganknollen, das von der BGR im Auftrag der Bundesregierung untersucht wird (dunkelblau markiert), befindet sich westlich von Mexiko im Pazifischen Ozean.

Hier sucht die BGR nach Manganknollen

Foto: BGR Hannover

Mit Forschungsschiffen wird das Gebiet kartiert und ermittelt, wo die Knollen in welcher Dichte zu finden sind. Bei der letzten Forschungsreise konzentrierten sich die Forscher auf ein 200 Quadratkilometer großes Gebiet und stellten fest, dass allein hier fünf Millionen Tonnen Manganknollen auf dem Meeresgrund liegen.

Es geht aber nicht nur um ökonomische Fragen. Ebenso wichtig ist die Frage, wie es sich auswirkt, wenn riesige Maschinen die Knollen einsammeln. Prototypen solcher tonnenschwerer "Sammelmaschinen" gibt es bereits.

Einholen Dregde: Wissenschaftler der BGR holen eine Kettensack-Dredge an Bord. Das Gerät wird an einem Drahtseil unter Wasser hinter dem Forschungsschiff hergezogen und sammelt auf diese Weise die Manganknollen vom Meeresboden auf.

Manganknollen auf dem Forschungsschiff

Foto: BGR Hannover

Der aufgewirbelte Boden hat sicher beträchtliche Auswirkungen. Auch werden Meereslebewesen zumindest zeitweise ihren Lebensraum verlieren. Derzeit gehen Forscher davon aus, dass sich die meisten Lebewesen nach weniger Jahren wieder ansiedeln. Die rasche Wiederbesiedelung durch die meisten Lebewesen ist eine der zentralen Bedingungen.

Internationale Abkommen werden künftig den Schutz der Meeresumwelt regeln. Derzeit besteht eine Schutzzone von etwa einem Drittel der Gesamtfläche, in der kein Abbau erfolgen darf. Weitere Forschungen sind hier noch erforderlich, bevor der Start für einen industriellen Abbau gegeben werden kann.

Die Bundesanstalt für Geowissenschaften und Rohstoffe (BGR) ist die zentrale geowissenschaftliche Beratungseinrichtung der Bundesregierung und gehört zum Geschäftsbereich des Bundesministeriums für Wirtschaft und Energie. Als geowissenschaftliches Kompetenzzentrum berät und informiert sie die Bundesregierung und die deutsche Wirtschaft in allen geowissenschaftlichen und rohstoffwirtschaftlichen Fragen. Ihre Arbeit dient einer ökonomisch und ökologisch vertretbaren Nutzung und Sicherung natürlicher Ressourcen und somit der Daseinsvorsorge. Sie nimmt zugleich zahlreiche internationale Aufgaben wahr. Im Inland hat sie überwiegend koordinierende Funktionen. Als Bundesoberbehörde ist die BGR Bestandteil der wissenschaftlich-technischen Infrastruktur Deutschlands und übernimmt auch gesetzlich festgelegte Aufgaben. Mit der Deutschen Rohstoffagentur (DERA) berät die BGR seit Oktober 2010 die deutsche Wirtschaft in Fragen der Verfügbarkeit und nachhaltigen Nutzung von Rohstoffen sowie zu aktuellen Marktentwicklungen.

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