Occurrence of Parabens and Paraben Transformation Products in Sediment and Water Systems of the Brazos River Above and Below a Low Water Dam

Jeden Tag setzen unzählige Produkte, die wir zur Reinigung, zum Schutz und zur Pflege unseres Körpers verwenden, winzige Mengen an Chemikalien in die Welt ab. Zu den häufigsten gehören Parabene, eine Gruppe von Konservierungsstoffen, die in Shampoos, Lotionen und Lebensmitteln zu finden sind und diese vor dem Verderben bewahren. Obwohl diese Substanzen ihre Aufgabe effektiv erfüllen, wissen Wissenschaftler seit langem, dass sie Hormone im Körper von Tieren und Menschen nachahmen können, was die natürlichen biologischen Prozesse potenziell stören kann. Wenn wir diese Produkte von unserer Haut abwaschen oder sie entsorgen, gelangen sie durch Abwassersysteme und schließlich in Flüsse und Seen. Einmal im Wasser angekommen, bleiben sie nicht einfach unverändert dort liegen. Sonnenlicht, Bakterien und die Chemikalien, die zur Abwasserreinigung verwendet werden, können sie in neue, verwandte Verbindungen namens Transformationsprodukte abbauen. Die Frage, die Umweltwissenschaftler verunsichert hat, ist nicht nur, ob diese ursprünglichen Chemikalien vorhanden sind, sondern wie sie sich verhalten, sobald sie auf den schlammigen Boden eines Flusses treffen. Bleiben sie im Wasser gelöst oder haften sie am Sediment an, wodurch sie der Sicht entzogen werden, während sie gleichzeitig mit dem Ökosystem interagieren?

Um dies zu beantworten, reisten Forscher zum Brazos River in Texas, einem breiten Wasserweg, der durch eine Landschaft fließt, die von kleinen Dämmen geprägt ist, die zur Regulierung des Wasserstands dienen. Sie konzentrierten ihre Aufmerksamkeit auf einen spezifischen Niedrigwasser-Damm, ein Bauwerk, das eine deutliche Veränderung in der Art und Weise bewirkt, wie der Fluss fließt. Oberhalb des Damms fließt das Wasser relativ ruhig, während es unterhalb des Damms über die Kante stürzt, was Turbulenzen erzeugt und das Wasser mit dem Flussbett vermischt. Das Team setzte sich zum Ziel, das Vorhandensein von Parabenen und ihren Transformationsprodukten sowohl im Wasser als auch im sandigen, schlammigen Sediment an zwei Standorten zu messen: einem direkt oberhalb des Damms und einem direkt unterhalb. Sie sammelten Proben an drei separaten Tagen während des Sommers, wobei sie sorgfältig Wasser von der Oberfläche entnahmen und die obersten paar Zentimeter Sediment vom Flussufer einsammelten. Ihr Ziel war es zu sehen, ob die physische Störung durch den Damm änderte, wie sich diese Chemikalien zwischen den flüssigen und den festen Teilen des Flusses verteilten.

Die Ergebnisse zeigten einen Fluss, der von diesen Verbindungen durchzogen ist, wenn auch in Konzentrationen, die oft zu gering sind, um sie ohne hochsensible Instrumente sehen zu können. Im Wasser fanden die Forscher Spuren von Parabenen, die von unbedeutenden Mengen bis zu 10,6 Nanogramm pro Liter reichten – eine Menge, die so klein ist, dass sie mit einem einzelnen Sandkorn in einem großen Swimmingpool vergleichbar ist. Im Sediment waren die Mengen ähnlich niedrig und erreichten bis zu 4,5 Nanogramm pro Gramm Trockenmasse. Interessanterweise waren die am häufigsten gefundenen Substanzen nicht die ursprünglichen Konservierungsstoffe, die Menschen in ihren Häusern verwenden, sondern vielmehr deren Abbauprodukte. Speziell zwei Verbindungen, bekannt als PHBA und DHBA, traten in sowohl im Wasser als auch im Schlamm in den höchsten Mengen auf. Diese Substanzen sind das natürliche Endergebnis des Abbaus von Parabenen, was darauf hindeutet, dass bis das Flusswasser diesen Punkt erreicht, ein Großteil des ursprünglichen Konservierungsstoffs bereits transformiert wurde. Während die Mengen der ursprünglichen Parabene generell niedrig waren, bestätigte die Studie, dass diese Chemikalien und ihre Nachkommen ständig durch das Flusssystem zirkulieren, über Abwasser eintreten und trotz der natürlichen Fähigkeit des Flusses, sie abzubauen, bestehen bleiben.

Eine zentrale Entdeckung der Studie betraf die Wechselwirkung dieser Chemikalien mit dem Flussbett. Wissenschaftler nutzen oft mathematische Modelle, um vorherzusagen, ob eine Chemikalie im Wasser schwimmen oder sinken und am Schlamm haften wird. Diese Modelle stützen sich auf die Vorstellung, dass eine Chemikalie, je „wasserfeindlicher“ sie ist, desto wahrscheinlicher sich an organisches Material im Boden heftet. Die im Brazos River gemessenen Werte entsprachen jedoch nicht diesen Vorhersagen. Die Forscher fanden heraus, dass sich die Chemikalien je nach Standort im Fluss unterschiedlich verhielten. Unterhalb des Damms, wo das Wasser heftig aufgewühlt und gemischt wird, zeigten die Chemikalien eine stärkere Tendenz, am Sediment zu haften, als oberhalb des Damms, wo das Wasser ruhiger war. Dies deutet darauf hin, dass die physische Umgebung eine massive Rolle dabei spielt, wo diese Chemikalien landen. Die durch den Damm erzeugte Turbulenz führt wahrscheinlich dazu, dass die Chemikalien häufiger mit suspendierten Partikeln und dem Flussbett kollidieren, was dazu führt, dass sie schneller aus der Wassersäule absinken als in einem ruhigen Fluss.

Die Studie hob auch eine Einschränkung in unserem derzeitigen Verständnis über das Schicksal dieser Schadstoffe hervor. Die Modelle, die zur Vorhersage des chemischen Verhaltens verwendet werden, gehen oft davon aus, dass Wasser und Sediment in einem Zustand des perfekten Gleichgewichts sind, bei dem die Menge der Chemikalie, die vom Wasser in den Schlamm übergeht, der Menge entspricht, die zurückkehrt. Die Forscher fanden heraus, dass ein solches Gleichgewicht in einem echten, fließenden Fluss wahrscheinlich nicht existiert. Der Abstand zwischen der Wasseroberfläche und dem Flussbett, kombiniert mit der ständigen Bewegung der Strömung, bedeutet, dass das System niemals wirklich zur Ruhe kommt. Darüber hinaus können die spezifischen chemischen Strukturen dieser Parabene, die polare Gruppen enthalten, welche mit den mineralischen Teilen des Sediments interagieren können, dazu führen, dass sie auf eine Weise haften, die einfache Modelle nicht berücksichtigen. Die Daten zeigten, dass das tatsächliche Verhalten dieser Chemikalien in der freien Natur komplexer und dynamischer ist, als es Laborsimulationen suggerieren.

Letztendlich liefert diese Forschung ein klareres Bild davon, wie gängige Haushaltschemikalien durch ein Flussökosystem wandern. Sie bestätigt, dass Parabene und ihre Transformationsprodukte im Brazs River vorhanden sind, wobei die Abbauprodukte die am weitesten verbreitete Form darstellen. Die Studie zeigt, dass die physischen Merkmale eines Flusses, wie etwa ein Niedrigwasser-Damm, die Verteilung dieser Chemikalien zwischen dem Wasser und dem Sediment signifikant verändern können. Obwohl die gefundenen Konzentrationen im Allgemeinen niedrig waren, unterstreicht die Tatsache, dass diese Verbindungen in der Umwelt bestehen bleiben und sich transformieren, die Notwendigkeit für realistischere Modelle, die die dynamische Natur von fließendem Wasser berücksichtigen. Indem Wissenschaftler den Fluss so beobachten, wie er sich tatsächlich verhält, anstatt sich allein auf theoretische Vorhersagen zu verlassen, können sie den wahren ökologischen Fußabdruck der Konservierungsstoffe, die wir jeden Tag verwenden, besser verstehen.