Wissenschaftler entwickeln neuen geochemischen „Fingerabdruck“, um Schadstoffe in Düngemitteln aufzuspüren

Ein internationales Wissenschaftlerteam hat mithilfe eines neuen Tools giftige Metalle in mineralischen Phosphatdüngern auf der ganzen Welt entdeckt, um die Ausbreitung und Auswirkungen dieser Schadstoffe auf Böden, Wasserressourcen und die Nahrungsmittelversorgung zu ermitteln.

„Während mineralische Phosphatdünger für die Förderung einer nachhaltigen Landwirtschaft und der globalen Ernährungssicherheit von entscheidender Bedeutung sind, haben wir in vielen Düngemitteln auf der ganzen Welt einen hohen Gehalt an giftigen Metallen festgestellt“, sagte Avner Vengosh, Vorsitzender der Wissenschaftsabteilung für Erde und Klima an der Nicholas School für Umwelt an der Duke University.

„Unsere Studie hat eine neue Methode entwickelt, um die Quellen und Auswirkungen dieser Metalle auf die Umwelt zu identifizieren.“ Zu diesen Metallen gehörten Cadmium, Uran, Arsen, Vanadium und Chrom.

Der Einsatz von Mineraldüngern – synthetischen oder natürlichen Substanzen, die essentielle Nährstoffe enthalten, die für das Pflanzenwachstum benötigt werden – hat dazu beigetragen, die landwirtschaftlichen Erträge auf der ganzen Welt nachhaltig zu steigern. Doch bis vor Kurzem wurde die Belastung durch giftige Metalle nicht systematisch erfasst. Diese neue Studie analysiert globale Phosphatdünger aus den wichtigsten Phosphat produzierenden Ländern.

„Wir haben Strontiumisotope in Phosphatgesteinen und in aus diesen Gesteinen hergestellten Düngemitteln gemessen, um zu zeigen, wie der Isotopen-Fingerabdruck von Düngemitteln mit ihrer ursprünglichen Quelle übereinstimmt“, sagte Robert Hill, Hauptautor der Studie und Inhaber eines Doktortitels. Student an der Duke University.

Isotope sind Variationen eines Elements, in diesem Fall Strontium. Die chemische Analyse jedes Düngemittels zeigt eine einzigartige Isotopenmischung, die zu den Phosphatgesteinen passt, aus denen sie stammen.

„Angesichts der Variationen der Strontiumisotope in globalen Phosphatgesteinen haben wir ein einzigartiges Tool entwickelt, um die potenziellen Auswirkungen von Düngemitteln auf der ganzen Welt zu ermitteln“, sagte Hill.

Um herauszufinden, ob Strontiumisotope ein zuverlässiger Indikator für Spurenelemente in Düngemitteln auf der ganzen Welt sind, analysierten die Forscher 76 Phosphatgesteine, die Hauptquelle für Phosphatdünger, und 40 Düngemittel aus wichtigen Phosphatgestein produzierenden Regionen, insbesondere im Westen der USA. China, Indien und der Norden. Afrika und Naher Osten. Die Forscher sammelten Proben aus Minen, kommerziellen Quellen und der Tidewater Research Station, einem Versuchsfeld in North Carolina. Das Forschungsteam veröffentlichte seine Ergebnisse am 9. Mai 2024 in Briefe über Umweltwissenschaft und -technologie.

Metalle im Boden und Grundwasser stammen sowohl aus natürlichen als auch aus künstlichen Quellen.

„Strontiumisotope sind im Wesentlichen ein ‚Fingerabdruck‘, der Grundwasser- und Bodenverschmutzungen auf der ganzen Welt aufdecken kann“, sagte Vengosh. Sein Forschungsteam nutzte außerdem Strontiumisotope, um Umweltverschmutzung im Zusammenhang mit Deponielaugung, Kohlebergbau, Kohleasche, Fracking-Flüssigkeiten und Grundwasser aufzuspüren, das beim Transport von Öl und Erdgas an die Oberfläche steigt.

„Das Isotop ist ein Indikator zur Identifizierung der Kontaminationsquelle“, sagte Vengosh. „Ohne dieses Tool ist es schwierig, düngebedingte Verunreinigungen zu erkennen, einzudämmen und zu beseitigen.“

Die untersuchten Düngemittel wiesen unterschiedliche Konzentrationen an Spurenelementen auf, wobei in Düngemitteln aus den Vereinigten Staaten und dem Nahen Osten höhere Werte beobachtet wurden als in denen aus China und Indien. Daraus schließen die Forscher, dass Phosphatdünger aus den USA und dem Nahen Osten aufgrund ihrer höheren Konzentrationen an Uran, Cadmium und Chrom einen größeren Einfluss auf die Bodenqualität haben werden als Düngemittel aus China und Indien, die höhere Konzentrationen enthalten aus Uran, Cadmium und Chrom. Arsen.