Wissenschaftler quantifizieren einen bisher übersehenen Auslöser menschlicher Quecksilberemissionen.
Einer neuen Studie zufolge sind etwa 10 Prozent der vom Menschen verursachten Quecksilberemissionen in die Atmosphäre jedes Jahr das Ergebnis der weltweiten Abholzung der WälderMITStudie.
Die Vegetation der Welt, vom Amazonas-Regenwald bis zu den Savannen Afrikas südlich der Sahara, fungiert als Senke, die den giftigen Schadstoff aus der Luft entfernt. Bleibt die derzeitige Entwaldungsrate jedoch unverändert oder beschleunigt sie, gehen die Forscher davon aus, dass die Netto-Quecksilberemissionen weiter zunehmen werden.
„Wir haben eine bedeutende Quecksilberquelle übersehen, insbesondere in tropischen Regionen“, sagt Ari Feinberg, ehemaliger Postdoktorand am Institute for Data, Systems, and Society (IDSS) und Hauptautor der Studie.
Das Modell der Forscher zeigt, dass der Amazonas-Regenwald als Quecksilbersenke eine besonders wichtige Rolle spielt und etwa 30 Prozent der globalen Landsenke ausmacht. Eine Eindämmung der Abholzung des Amazonas könnte daher erhebliche Auswirkungen auf die Verringerung der Quecksilberverschmutzung haben.
Das Team schätzt außerdem, dass weltweite Wiederaufforstungsbemühungen die jährliche Quecksilberaufnahme um etwa 5 Prozent erhöhen könnten. Obwohl dies von Bedeutung ist, betonen die Forscher, dass die Wiederaufforstung allein kein Ersatz für weltweite Bemühungen zur Bekämpfung der Umweltverschmutzung sein sollte.
„Länder haben große Anstrengungen unternommen, um die Quecksilberemissionen zu reduzieren, insbesondere die nördlichen Industrieländer, und das aus gutem Grund. Aber 10 Prozent der globalen anthropogenen Quelle sind beträchtlich, und es besteht die Möglichkeit, dass dieser Wert in Zukunft noch größer wird. [Die Bekämpfung dieser durch Entwaldung verursachten Emissionen] muss Teil der Lösung sein“, sagt die leitende Autorin Noelle Selin, Professorin am IDSS und am Department of Earth, Atmospheric and Planetary Sciences des MIT.
Feinberg und Selin werden bei dem Artikel von den Co-Autoren Martin Jiskra, einem ehemaligen Ambizione-Stipendiaten des Schweizerischen Nationalfonds an der Universität Basel, unterstützt. Pasquale Borrelli, Professor an der Universität Rom III in Italien; und Jagannath Biswakarma, Postdoktorand an der Eidgenössischen Wasserwissenschaftlichen Hochschule. Das wurde kürzlich in veröffentlichtUmweltwissenschaften und -technologie.
Modellierung von Merkur
In den letzten Jahrzehnten haben sich Wissenschaftler im Allgemeinen auf die Untersuchung der Entwaldung als Quelle globaler Kohlendioxidemissionen konzentriert. Quecksilber, ein Spurenelement, hat nicht die gleiche Aufmerksamkeit erhalten, auch weil die Rolle der terrestrischen Biosphäre im globalen Quecksilberkreislauf erst kürzlich besser quantifiziert werden konnte.
Pflanzenblätter nehmen Quecksilber aus der Atmosphäre auf, ähnlich wie sie Kohlendioxid aufnehmen. Doch im Gegensatz zu Kohlendioxid spielt Quecksilber für Pflanzen keine wesentliche biologische Funktion. Quecksilber verbleibt größtenteils im Blatt, bis es auf den Waldboden fällt, wo das Quecksilber vom Boden absorbiert wird.
Wenn Quecksilber in Gewässer gelangt und dort durch Mikroorganismen methyliert werden kann, wird es für den Menschen zu einer ernsten Gefahr. Methylquecksilber, ein starkes Neurotoxin, kann von Fischen aufgenommen und über die Nahrungskette bioakkumuliert werden. Dies kann zu riskanten Mengen an Methylquecksilber in den von Menschen verzehrten Fischen führen.
„In Böden ist Quecksilber viel fester gebunden, als wenn es im Meer abgelagert würde. Die Wälder leisten eine Art Ökosystemdienst, indem sie Quecksilber über längere Zeiträume binden“, sagt Feinberg, der jetzt Postdoktorand am Blas Cabrera-Institut für physikalische Chemie in Spanien ist.
Auf diese Weise reduzieren Wälder die Menge an giftigem Methylquecksilber in den Ozeanen.
Viele Quecksilberstudien konzentrieren sich auf industrielle Quellen wie die Verbrennung fossiler Brennstoffe, den Goldabbau in kleinem Maßstab und die Metallverhüttung. Ein globaler Vertrag, die Minamata-Konvention von 2013, fordert die Nationen auf, die vom Menschen verursachten Emissionen zu reduzieren. Die Auswirkungen der Entwaldung werden jedoch nicht direkt berücksichtigt.
Die Forscher starteten ihre Studie, um diesen fehlenden Teil zu ergänzen.
In früheren Arbeiten hatten sie ein Modell entwickelt, um die Rolle der Vegetation bei der Quecksilberaufnahme zu untersuchen. Mithilfe einer Reihe von Landnutzungsänderungsszenarien passten sie das Modell an, um die Rolle der Entwaldung zu quantifizieren.
Emissionen bewerten
Dieses chemische Transportmodell verfolgt Quecksilber von seinen Emissionsquellen bis zu seiner chemischen Umwandlung in der Atmosphäre und schließlich bis zu seiner Ablagerung, hauptsächlich durch Niederschläge oder die Aufnahme in Waldökosysteme.
Sie teilten die Erde in acht Regionen ein und führten Simulationen durch, um für jede Region die Emissionsfaktoren der Entwaldung zu berechnen. Dabei berücksichtigten sie Elemente wie Art und Dichte der Vegetation, Quecksilbergehalt im Boden und historische Landnutzung.
Für einige Regionen war es jedoch schwierig, gute Daten zu erhalten.
Es fehlten Messungen aus dem tropischen Afrika oder Südostasien – zwei Gebieten, in denen es zu starker Abholzung kommt. Um diese Lücke zu schließen, verwendeten sie einfachere Offline-Modelle, um Hunderte von Szenarien zu simulieren, was ihnen dabei half, ihre Schätzungen potenzieller Unsicherheiten zu verbessern.
Sie entwickelten außerdem eine neue Formulierung für Quecksilberemissionen aus dem Boden. Diese Formulierung trägt der Tatsache Rechnung, dass durch die Entwaldung die Blattfläche verringert wird, wodurch mehr Sonnenlicht auf den Boden fällt und die Ausgasung von Quecksilber aus Böden beschleunigt wird.
Das Modell unterteilt die Welt in Gitterquadrate, von denen jedes einige hundert Quadratkilometer groß ist. Durch die Änderung der Landoberflächen- und Vegetationsparameter in bestimmten Quadraten, um Entwaldungs- und Wiederaufforstungsszenarien darzustellen, können die Forscher Auswirkungen auf den Quecksilberkreislauf erfassen.
Insgesamt stellten sie fest, dass durch die Abholzung der Wälder etwa 200 Tonnen Quecksilber in die Atmosphäre gelangen, was etwa 10 Prozent der gesamten vom Menschen verursachten Emissionen ausmacht. In tropischen und subtropischen Ländern machen die Entwaldungsemissionen jedoch einen höheren Prozentsatz der Gesamtemissionen aus. In Brasilien beispielsweise machen die Entwaldungsemissionen 40 Prozent der gesamten vom Menschen verursachten Emissionen aus.
Darüber hinaus zünden Menschen oft Feuer an, um tropische Waldgebiete für landwirtschaftliche Aktivitäten vorzubereiten, was durch die Freisetzung von in der Vegetation gespeichertem Quecksilber zu mehr Emissionen führt.
„Wenn die Entwaldung ein Land wäre, wäre es nach China, das jährlich etwa 500 Tonnen Quecksilber ausstößt, das Land mit den zweithöchsten Emissionen“, fügt Feinberg hinzu.
Und da sich die Minamata-Konvention nun mit primären Quecksilberemissionen befasst, können Wissenschaftler damit rechnen, dass die Entwaldung in Zukunft einen größeren Anteil der vom Menschen verursachten Emissionen ausmachen wird.
„Maßnahmen zum Schutz oder zur Abholzung von Wäldern haben unbeabsichtigte Auswirkungen, die über ihr Ziel hinausgehen. Es ist wichtig zu bedenken, dass es sich hierbei um Systeme handelt, die menschliche Aktivitäten beinhalten, und wir müssen sie besser verstehen, um die Probleme, von denen wir wissen, dass sie da draußen sind, tatsächlich zu lösen“, sagt Selin.
Durch die Bereitstellung dieser ersten Schätzung hofft das Team, weitere Forschung in diesem Bereich anzuregen.
Zukünftig wollen sie dynamischere Erdsystemmodelle in ihre Analysen einbeziehen, die es ihnen ermöglichen würden, die Quecksilberaufnahme interaktiv zu verfolgen und den Zeitrahmen des Nachwachsens der Vegetation besser zu modellieren.
„Dieses Papier stellt einen wichtigen Fortschritt in unserem Verständnis des globalen Quecksilberkreislaufs dar, indem es einen Pfad quantifiziert, der seit langem vorgeschlagen, aber noch nicht quantifiziert wurde. Ein Großteil unserer bisherigen Forschung konzentrierte sich auf primäre anthropogene Emissionen – solche, die direkt aus menschlichen Aktivitäten durch Kohleverbrennung oder Quecksilber-Gold-Amalgam-Verbrennung im handwerklichen und kleinen Goldbergbau resultieren“, sagt Jackie Gerson, Assistenzprofessorin am Department of Earth and Environmental Sciences der Michigan State University, die nicht an dieser Forschung beteiligt war. „Diese Forschung zeigt, dass die Entwaldung auch zu erheblichen Quecksilberemissionen führen kann und sowohl im Hinblick auf globale Quecksilbermodelle als auch auf die Landbewirtschaftungspolitik berücksichtigt werden muss. Sie hat daher das Potenzial, unser Fachgebiet wissenschaftlich voranzubringen und Richtlinien zu fördern, die die Quecksilberemissionen durch Entwaldung reduzieren.“
Referenz: „Deforestation as an Anthropogenic Driver of Mercury Pollution“ von Aryeh Feinberg, Martin Jiskra, Pasquale Borrelli, Jagannath Biswakarma und Noelle E. Selin, 8. Februar 2024,Umweltwissenschaft und -technologie.
DOI: 10.1021/acs.est.3c07851
Diese Arbeit wurde teilweise von der U.S. National Science Foundation, dem Schweizerischen Nationalfonds und der Eidgenössischen Forschungsanstalt für Wasserwissenschaft und -technologie finanziert.
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