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

Elke dag laten ontelbare producten die we gebruiken om ons lichaam te reinigen, te beschermen en te verzorgen, kleine hoeveelheden chemicaliën vrij in de wereld. Onder de meest voorkomende zijn parabenen, een familie van conserveermiddelen die in shampoos, lotions en voedingsmiddelen worden gevonden om te voorkomen dat ze bederven. Hoewel deze stoffen effectief zijn in hun taak, weten wetenschappers al lang dat ze hormonen in de lichamen van dieren en mensen kunnen nabootsen, wat potentieel natuurlijke biologische processen kan verstoren. Wanneer we deze producten van onze huid afwassen of ze afvoeren, reizen ze via rioleringssystemen en komen ze uiteindelijk in rivieren en meren terecht. Eenmaal in het water blijven ze niet simpelweg onveranderd aanwezig. Zonlicht, bacteriën en de chemicaliën die worden gebruikt bij de waterzuivering kunnen ze afbreken tot nieuwe, verwante verbindingen die transformatieproducten worden genoemd. De vraag die milieuwetenschappers heeft beziggehouden, is niet alleen of deze oorspronkelijke chemicaliën aanwezig zijn, maar hoe ze zich gedragen zodra ze de modderige bodem van een rivier ontmoeten. Blijven ze opgelost in het water, of hechten ze zich aan het sediment, waardoor ze effectief uit het zicht verdwijnen terwijl ze blijven interageren met het ecosysteem?

Om dit te beantwoorden, reisden onderzoekers naar de Brazos River in Texas, een brede waterweg die door een landschap stroomt dat bezaaid is met kleine dammen die ontworpen zijn om waterstanden te reguleren. Ze richtten hun aandacht op een specifieke laagwaterdam, een structuur die een duidelijke verandering teweegbrengt in de manier waarop de rivier beweegt. Boven de dam stroomt het water relatief rustig, terwijl het water eronder over de rand stort, wat turbulentie veroorzaakt en het water mengt met de rivierbedding. Het team zette zich scharpe om de aanwezigheid van parabenen en hun transformatieproducten te meten in zowel het water als het zanderige, modderige sediment op twee locaties: één net bovenstrooms van de dam en één net benedenstrooms. Ze verzamelden monsters op drie afzonderlijke dagen tijdens de zomer, waarbij ze zorgvuldig water van het oppervlak verzamelden en de bovenste paar inches van het sediment van de rivierbank op Schepten. Hun doel was om te zien of de fysieke verstoring veroorzaakt door de dam veranderde hoe deze chemicaliën zichzelf verdeelden tussen de vloeibare en de vaste delen van de rivier.

De resultaten onthulden een rivier die bruist van deze verbindingen, hoewel in concentraties die vaak te klein zijn om zonder zeer gevoelige instrumenten te zien. In het water vonden de onderzoekers sporen van parabenen variërend van ondetecteerbare niveaus tot 10,6 nanogram per liter, een hoeveelheid die zo klein is dat deze vergelijkbaar is met een enkel korreltje zand in een groot zwembad. In het sediment waren de hoeveelheden vergelijkbaar laag, oplopend tot 4,5 nanogram per gram droge grond. Interessant genoeg waren de meest overvloedige stoffen die zij vonden niet de oorspronkelijke conserveermiddelen die mensen thuis gebruiken, maar eerder de afbraakproducten. Specifiek verschenen twee verbindingen bekend als PHBA en DHBA in de hoogste hoeveelheden in zowel het water als de modder. Deze stoffen zijn het natuurlijke eindresultaat van het afbreken van parabenen, wat suggereert dat tegen de tijd dat het rivierwater dit punt bereikt, een groot deel van het oorspronkelijke conserveermiddel al getransformeerd is. Hoewel de niveaus van de oorspronkelijke parabenen over het algemeen laag waren, bevestigde de studie dat deze chemicaliën en hun afstammelingen constant door het riviersysteem circuleren, de rivier binnenkomend via afvalwater en stand te houden ondanks het natuurlijke vermogen van de rivier om ze af te breken.

Een belangrijke ontdekking van de studie betrof de interactie van deze chemicaliën met de rivierbodem. Wetenschappers gebruiken vaak wiskundige modellen om te voorspellen of een chemische stof in het water zal drijven of zal zinken en aan de modder zal hechten. Deze modellen vertrouwen op het idee dat hoe meer "waterafstotend" een chemische stof is, hoe groter de kans dat deze zich hecht aan organisch materiaal in de bodem. Echter, de metingen in de Brazos River kwamen niet overeen met deze voorspellingen. De onderzoekers ontdekten dat de chemicaliën anders gedroegen afhankelijk van waar ze zich in de rivier bevonden. Beneden de dam, waar het water krachtig kolkt en mengt, vertoonden de chemicaliën een sterkere neiging om aan het sediment te hechten dan boven de dam, waar het water rustiger was. Dit suggereert dat de fysieke omgeving een enorme rol speelt in waar deze chemicaliën terechtkomen. De turbulentie die door de dam wordt veroorzaakt, zorgt er waarschijnlijk voor dat de chemicaliën vaker botsen met zwevende deeltjes en de rivierbedding, waardoor ze sneller uit de waterkolom bezinken dan in een rustige rivier.

De studie benadrukte ook een beperking in ons huidige begrip van het lot van deze verontreinigingen. De modellen die worden gebruikt om chemisch gedrag te voorspellen, gaan er vaak van uit dat het water en het sediment in een staat van perfect evenwicht zijn, waarbij de hoeveelheid chemische stof die van water naar modder beweegt gelijk is aan de hoeveelheid die terug beweegt. De onderzoekers ontdekten dat dit evenwicht in een echte, stromende rivier waarschijnlijk niet bestaat. De afstand tussen het oppervlakte water en de rivierbodem, gecombineerd met de constante beweging van de stroming, betekent dat het systeem nooit echt in rust is. Bovendien kunnen de specifieke chemische structuren van deze parabenen, die polaire groepen bevatten die kunnen interageren met de minerale delen van het sediment, ervoor zorgen dat ze op manieren hechten die eenvoudige modellen niet kunnen verklaren. De gegevens toonden aan dat het werkelijke gedrag van deze chemicaliën in het wild complexer en dynamischer is dan wat laboratoriumsimulaties suggereren.

Uiteindelijk biedt dit onderzoek een duidelijker beeld van hoe veelvoorkomende huishoudelijke chemicaliën door een rivierecosysteem bewegen. Het bevestigt dat parabenen en hun transformatieproducten aanwezig zijn in de Brazos River, waarbij de afbraakproducten de meest voorkomende vorm zijn. De studie laat zien dat de fysieke kenmerken van een rivier, zoals een laagwaterdam, de verdeling van deze chemicaliën tussen het water en het sediment aanzienlijk kunnen veranderen. Hoewel de concentraties die werden gevonden over het algemeen laag waren, onderstreept het feit dat deze verbindingen in het milieu aanwezig blijven en transformeren de noodzaak voor meer realistische modellen die rekening houden met de dynamische aard van stromend water. Door de rivier te observeren zoals deze zich daadwerkelijk gedraagt, in plaats van uitsluitend te vertrouwen op theoretische voorspellingen, kunnen wetenschappers het ware milieu-effect van de conserveermiddelen die we dagelijks gebruiken beter begrijpen.