Wo Schwermetalle im Boden gefährlich werden

Forschende haben erstmals globale Daten zur Bodenbelastung zusammengefasst. Demnach sind bis zu 17 Prozent der weltweiten Ackerflächen mit giftigen Metallen wie Arsen, Blei, Cadmium, Chrom, Kobalt, Kupfer oder Nickel kontaminiert. Das gefährdet unsere Nahrungsversorgung. Zudem leben bis zu 1,4 Milliarden Menschen in Gegenden, die als Hochrisikozone eingestuft werden. Dort ist der Boden mit Schwermetall-Mengen belastet, die für die menschliche Gesundheit und Umwelt gefährlich sind. Besonders stark betroffen ist ein Korridor, der sich von Südeuropa bis Südchina erstreckt. Woher kommen die Metalle dort?

Giftige Schwermetalle und Halbmetalle gelangen sowohl aus natürlichen geologischen Quellen als auch aus menschlichen Aktivitäten wie Bergbau und anderen Industriezweigen in die Böden. Einmal eingebracht können solche Metalle über Jahrzehnte in Ton und organischen Bodenschichten bestehen bleiben und akkumulieren. Diese Belastung des Bodens stellt ein erhebliches Risiko für die Ökosysteme und die menschliche Gesundheit dar. Denn die Schadstoffe beeinträchtigen die Artenvielfalt, gefährden die Wasserqualität und verringern die Ernteerträge. Da sich die Metalle in Pflanzen und Nutztieren anreichern, bedrohen sie zudem unsere Lebensmittelsicherheit.

Globale Analyse der Bodenbelastung

Frühere Studien hatten bereits gezeigt, dass die Bodenverschmutzung durch giftige Metalle weit verbreitet ist. Das weltweite Ausmaß war jedoch unbekannt, da die Studien oft nur einzelne Regionen abdeckten. Diese Wissenslücke hat nun ein Team um Deyi Hou von der Tsinghua Universität in Peking geschlossen. Dafür haben die Forschenden Daten aus 1.493 regionalen Studien mit insgesamt 796.084 Bodenproben zusammengestellt und mit Hilfe von maschinellem Lernen und Modellierungsansätzen ausgewertet. Daraus ermittelten sie, wie stark landwirtschaftliche Böden weltweit mit giftigen Metallen belastet sind und wo die Konzentrationen die gesetzlichen Sicherheitsgrenzwerte überschreiten. Diese Daten glichen sie mit der globalen Bevölkerungsverteilung ab.

Die Analyse ergab, dass 14 bis 17 Prozent der Ackerflächen weltweit – etwa 242 Millionen Hektar – mit mindestens einem giftigen Metall kontaminiert sind und die Grenzwerte für landwirtschaftliche Anbauflächen überschreiten. Die Grenzwerte in Bezug auf die Umwelt und menschliche Gesundheit werden in 6,8 Prozent aller Böden weltweit überschritten. Anhand ihrer Modelle schätzen Hou und seine Kollegen, dass 0,9 bis 1,4 Milliarden Menschen in solchen Hochrisikogebieten leben, in denen die Böden in gesundheitlich bedenklichen Konzentrationen mit Metallen kontaminiert sind.

Am weitesten verbreitet ist der Studie zufolge Cadmium, insbesondere in Süd- und Ostasien, Teilen des Nahen Ostens und Afrika. „Cadmiumüberschreitungen in landwirtschaftlichen Böden sind am stärksten in Nord- und Zentralindien, Pakistan, Bangladesch, Südchina, im Süden Thailands und Kambodschas, im Iran, in der Türkei, in Äthiopien, Nigeria, Südafrika, Mexiko und Kuba zu verzeichnen“, schreibt das Team. Aber auch Nickel, Chrom, Arsen und Kobalt überschritten in verschiedenen Regionen die Grenzwerte.

Besonders stark mit Schadstoffen belastet ist ein transkontinentaler „Korridor“, der sich über die gesamten niedrigen Breiten Eurasiens erstreckt – von Südeuropa über den Nahen Osten und Südasien bis nach Südchina. Dort haben sich die Schwermetalle und Halbmetalle wahrscheinlich seit der Bronzezeit aus dem intensiven Bergbau angereichert und durch Wind und Wasser verteilt. Denn schon die Griechen, Römer, Perser und andere frühe Kulturen betrieben in diesem Korridor Bergbau. Hinzu kommt die natürliche Verwitterung von metallreichem Grundgestein wie Basalt und Schiefer, das unter den fruchtbaren Böden liegt. In dem identifizierten Korridor tragen dazu das warme Klima und die steilen Berglagen bei, wie das Team erklärt. Die vergleichsweise geringen Niederschlagsmengen sorgen zudem dafür, dass weniger Metalle aus dem Boden ausgewaschen werden.

Böden sollen besser geschützt werden

Die Studie fasst damit erstmals das globale Risiko durch Schwermetalle und Halbmetalle zusammen und zeigt eine zuvor unerkannte Hochrisikozone auf, in der sich die giftigen Metalle besonders stark angereichert haben. Für einige Gegenden wie Nordrussland, Zentralindien und Afrika besteht jedoch nach wie vor eine Daten- und Wissenslücke. „Für Afrika liegen nur begrenzte Daten vor, und die Vorhersage erfordert weitere Bodenproben und -analysen zur Überprüfung“, schreiben Hou und seine Kollegen.

Angesichts der wachsende Nachfrage nach vielen dieser Metalle für Windturbinen, Solaranlagen, E-Autos und andere Technologien rechnen die Forschenden damit, dass sich die Belastung der Böden wahrscheinlich künftig noch verschlimmern wird. „Wir hoffen, dass die in diesem Bericht vorgestellten Daten zur globalen Bodenverschmutzung als wissenschaftliche Warnung für politische Entscheidungsträger und Landwirte dienen werden, sofortige und notwendige Maßnahmen zu ergreifen, um die wertvollen Bodenressourcen der Welt besser zu schützen“, so Hou und seine Kollegen.

Quelle: Deyi Hou (Tsinghua Universität) et al.; Science, doi: 10.1126/science.adr5214

© wissenschaft.de – Claudia Krapp