Moose als Zeiger von Luftverschmutzung

Moose als Zeiger von Luftverschmutzung
Hylocomium splendens (Foto: Landesagentur für Umwelt und Klimaschutz, 2011)

Warum Moose? | Ergebnisse

Die Erhebung von Schadstoffablagerungen aus der Luft anhand von Moosen wird im Rahmen des europäischen Projektes "European surveys of heavy metal accumulation in mosses“ (Externer Link)in vielen Ländern alle fünf Jahre durchgeführt.

Schwermetalle und andere Schadstoffe gelangen durch vom Menschen verursachte Emissionen (z.B. Verkehr, Industrie, Verbrennungsprozesse, Landwirtschaft) oder durch natürliche Ursachen (z.B. Vulkanausbrüche, Saharastaub, geogene Stäube) in die Atmosphäre. Sie werden durch Winde verfrachtet und gelangen durch Absetzung oder durch den Niederschlag auf den Boden und in die Pflanzen.

Das Biologische Labor der Umweltagentur analysiert seit 1995 Moose von 20 Probestellen in Südtirol auf verschiedene Schadstoffgehalte (Aluminium, Antimon, Arsen, Barium, Blei, Cadmium, Chrom, Eisen, Kobalt, Kupfer, Mangan, Nickel, Quecksilber, Selen, Strontium, Vanadium, Zink und Stickstoff).

Warum Moose?

Moose eignen sich aus folgenden Gründen besonders gut zur Erhebung von Schadstoffablagerung aus der Atmosphäre:

Beim Monitoringprogramm "European surveys of heavy metal accumulation in mosses“ (Externer Link) an dem das Biologische Labor teilnimmt, werden Moose gesammelt und auf Schadstoffe analysiert. Gewisse Moosarten – in Südtirol wird das Stockwerkmoos Hylocomium splendens verwendet - eignen sich besonders gut dafür. Das Biologische Labor führt die Besammlung an den 20 Probenpunkten in Südtirol durch.

Probenstelle (Foto: Landesagentur für Umwelt und Klimaschutz, 2011)
Probenstelle (Foto: Landesagentur für Umwelt und Klimaschutz, 2011)

Jeder Sammelpunkt sollte mindestens drei Meter vom nächsten Baum entfernt sein. Größere Waldlichtungen eignen sich daher gut für die Besammlung. Der Probenpunkt muss weit genug von Straßen, Industrien und Siedlungen entfernt liegen, um lokale Einflüsse auszuschließen. Die Forstbehörde half beim Auffinden von geeigneten Sammelstellen in Südtirol. In einem Erhebungsprotokoll werden neben den Koordinaten die wichtigsten Merkmale des Probenpunktes festgehalten.

An jedem Sammelpunkt werden Moose gesammelt und in einem PVC-Säckchen ins Labor gebracht. Im Labor muss jede Verunreinigung durch metallische Gegenstände vermieden werden. Die Moosproben werden von Humus, Nadeln und anderem Detritus gereinigt. Anschließend werden sie getrocknet und gemahlen.
Die weiteren Schritte erfolgen im Labor für Wasseranalysen und Chromatographie.

Die Analyse der verschiedenen Metalle erfolgt meist mit dem Massenspektrograph und in einigen Fällen mit der Atomabsorptionsspektralphotometrie. Der Stickstoff wird hingegen vom Labor für Agrikulturchemie am Versuchszentrum Laimburg analysiert. Vor Beginn der Messungen wurde eine Interkalibration mit den anderen europäischen Teilnehmern durchgeführt.


Ergebnisse

Die Konzentrationen der verschiedenen Schwermetalle liegen meist im europäischen Durchschnitt. Bei vielen der gemessenen Schadstoffe konnte in den letzten 20 Jahren ein Rückgang festgestellt werden (z.B. Blei, Cadmium), bei einigen wurde eine Zunahme festgestellt (z.B. Chrom, Stickstoff).

Die Karten stellen die Ergebnisse der verschiedenen Probenpunkte der Provinz Bozen in Balkendiagrammen dar. Zum Vergleich wird auch die aktuellste europäische Karte mit der Deposition des jeweiligen Schwermetalls (aus: H. Harmens et al (2015): Heavy metal and nitrogen concentrations in mosses are declining across Europe whilst some “hotspots” remain in 2010. Environmental Pollution 200 (2015) 93-104) dargestellt.

Bei der Interpretation der Ergebnisse ist zu berücksichtigen, dass die Konzentrationen der Schadstoffe in Moosen von Niederschlägen, Winden und Feinstaubgehalt beeinflusst werden:

Hier finden Sie die Ergebnisse der einzelnen Schadstoffe:

Arsen wurde früher vor allem von Kohlebergwerken und von der Bergbauindustrie emittiert. Weitere Verunreinigungsquellen sind Metallindustrie, Glasindustrie, Pestizide und Holzschutzmittel, aber  auch Vulkane. Das Heizen mit Holz oder Kohle kann ebenfalls eine Arsenemission verursachen. Arsen hat eine hohe toxische und karzinogene Wirkung auf Säugetiere. Pflanzen sind dagegen eher unempfindlich gegen dieses Metall. Die höchsten Arsenkonzentrationen wurden im Vinschgau, besonders in der Umgebung von Prad festgestellt. Das Arsen ist dort jedoch geologischen Ursprungs, es konnte auch in Oberflächengewässern und im Trinkwasser nachgewiesen werden.

Im Mittel wurde bei der letzten Untersuchung eine geringere Konzentration als in den Vorjahren gemessen. Im Jahr 2010 sind die mittleren Arsenkonzentrationen in Südtirol etwas höher im Vergleich zum europäischen Median.

Deposition von Arsen in Südtirol (Quelle: Landesagentur für Umwelt)
Deposition von Arsen in Südtirol (Quelle: Landesagentur für Umwelt)
Deposition von Arsen in Europa (Quelle: H. Harmens et al (2015): Heavy metal and nitrogen concentrations in mosses are declining across Europe whilst some “hotspots” remain in 2010. Environmental Pollution 200 (2015) 93-104.)
Deposition von Arsen in Europa (Quelle: H. Harmens et al (2015): Heavy metal and nitrogen concentrations in mosses are declining across Europe whilst some “hotspots” remain in 2010. Environmental Pollution 200 (2015) 93-104.)

Cadmium gelangt vor allem durch die Verwendung von Kunstdünger und die Verbrennung von Müll und fossilen Brennstoffen in die Umwelt. Auch Industrie und Baugewerbe sowie Hausbrand können die Cadmium-Emissionen beeinflussen. Cadmium reichert sich in fast allen Lebewesen an und wirkt toxisch.

In Südtirol konnten vor allem im Jahr 1995 die höchsten Werte im Raum zwischen Bozen und Meran festgestellt werden. Dies hängt wahrscheinlich mit den industriellen Ballungszentren und der Zufuhr von Schwermetallen durch die Südwinde zusammen. Seit 1995 ist im Durchschnitt ein leichter Rückgang zu verzeichnen. Der Median der Cadmiumkonzentration beträgt in Südtirol im Jahre 2010 ca. die Hälfte des europäischen Durchschnitts.

Deposition von Cadmium in Südtirol (Quelle: Landesagentur für Umwelt)
Deposition von Cadmium in Südtirol (Quelle: Landesagentur für Umwelt)
Deposition von Cadmium in Europa (Quelle: H. Harmens et al (2015): Heavy metal and nitrogen concentrations in mosses are declining across Europe whilst some “hotspots” remain in 2010. Environmental Pollution 200 (2015) 93-104.)
Deposition von Cadmium in Europa (Quelle: H. Harmens et al (2015): Heavy metal and nitrogen concentrations in mosses are declining across Europe whilst some “hotspots” remain in 2010. Environmental Pollution 200 (2015) 93-104.)

Die Hauptquelle von Chromemissionen ist vor allem die Stahlindustrie, die Verbrennung von Kohle ohne geeignete Filter und die Winderosion von Böden. Chrom hat eine toxische Wirkung auf die Lebewesen. In Südtirol kommen erhöhte Chromkonzentrationen in den Ballungsgebieten vor.

Im Jahr 2005 konnten entlang der Hauptverkehrsadern etwas erhöhte Chromwerte festgestellt werden, 2010 war der Trend hingegen wieder rückläufig. Bei den letzten Erhebungen 2015 sind die gemessenen Chromkonzentrationen in Südtirol wieder deutlich angestiegen. Im Jahr 2010 sind die Chromwerte im Vergleich zum europäischen Mittel annähernd gleich.

Deposition von Chrom in Südtirol (Quelle: Landesagentur für Umwelt)
Deposition von Chrom in Südtirol (Quelle: Landesagentur für Umwelt)
Deposition von Chrom in Europa (Quelle: H. Harmens et al (2015): Heavy metal and nitrogen concentrations in mosses are declining across Europe whilst some “hotspots” remain in 2010. Environmental Pollution 200 (2015) 93-104.)
Deposition von Chrom in Europa (Quelle: H. Harmens et al (2015): Heavy metal and nitrogen concentrations in mosses are declining across Europe whilst some “hotspots” remain in 2010. Environmental Pollution 200 (2015) 93-104.)

Anthropogene Hauptemissionen von Eisen stammen aus der Stahl- und Eisenindustrie und dem Eisenabbau. Auch aus der Verbrennung von Kohle kann Eisen emittiert werden. Ansonsten kann dieses Metall auch leicht durch die Winderosion von Böden emittiert werden, vor allem in stark eisenhaltigen Böden, wie sie mancherorts in Südtirol anzutreffen sind. Eisen ist ein essentielles Element für viele Lebewesen und kann kaum toxisch wirken.

In der Gegend um Meran wurden die höchsten Eisenkonzentrationen gemessen. Die Depositionsraten sind seit den Erhebungen 1995 mit Ausnahme 2005 relativ konstant und liegen 2010 unter dem europäischen Durchschnitt.

Deposition von Eisen in Südtirol (Quelle: Landesagentur für Umwelt)
Deposition von Eisen in Südtirol (Quelle: Landesagentur für Umwelt)
Deposition von Eisen in Europa (Quelle: H. Harmens et al (2015): Heavy metal and nitrogen concentrations in mosses are declining across Europe whilst some “hotspots” remain in 2010. Environmental Pollution 200 (2015) 93-104.)
Deposition von Eisen in Europa (Quelle: H. Harmens et al (2015): Heavy metal and nitrogen concentrations in mosses are declining across Europe whilst some “hotspots” remain in 2010. Environmental Pollution 200 (2015) 93-104.)

Das Verbrennen von Kohle und Müll, sowie die Verwendung von gewissen Fungiziden verursachen Emissionen von Quecksilber. Dieses Metall wirkt auf Mensch und Tier hoch toxisch, es wird primär über die Atemwege aufgenommen.

In Südtirol dominiert das Metall in Südstaulagen und Ballungszentren. Die Konzentration von Quecksilber ist von 1995 bis 2000 leicht angestiegen und war bis 2010 relativ konstant. Im letzten Untersuchungszeitraum konnte ein deutlicher Rückgang festgestellt werden. Weltweit ist ein leichter Aufwärtstrend zu verzeichnen. Südtirols Werte liegen 2010 im Mittel etwas über dem Durchschnitt des restlichen Europa.

Deposition von Quecksilber in Südtirol (Quelle: Landesagentur für Umwelt)
Deposition von Quecksilber in Südtirol (Quelle: Landesagentur für Umwelt)
Deposition von Quecksilber in Europa (Quelle: H. Harmens et al (2015): Heavy metal and nitrogen concentrations in mosses are declining across Europe whilst some “hotspots” remain in 2010. Environmental Pollution 200 (2015) 93-104.)
Deposition von Quecksilber in Europa (Quelle: H. Harmens et al (2015): Heavy metal and nitrogen concentrations in mosses are declining across Europe whilst some “hotspots” remain in 2010. Environmental Pollution 200 (2015) 93-104.)

Die Hauptquellen von Nickel sind die Verbrennung von Kohle und Erdöl, sowie die metallverarbeitende Industrie. Nickel ist für einige Organismen ein essentielles Element, kann aber in höheren Konzentrationen toxisch wirken. Gewisse Ni-Verbindungen sind karzinogen oder allergen.

In Südtirol sind die erhöhten Konzentrationen an der Sammelstelle im oberen Ahrntal auffallend. Die mittleren Nickelwerte blieben in den Jahren 1995 und 2000 weitgehend unverändert, 2005 waren sie hingegen höher. Im Jahr 2010 haben sie sich wieder auf die Hälfte reduziert, während sie 2015 um mehr als das Doppelte angestiegen sind. Die mittleren Nickelkonzentrationen in Südtirol entsprechen im Jahr 2010 annähernd jenen des europäischen Medians.

Deposition von Nickel in Südtirol (Quelle: Landesagentur für Umwelt)
Deposition von Nickel in Südtirol (Quelle: Landesagentur für Umwelt)
Deposition von Nickel in Europa (Quelle: H. Harmens et al (2015): Heavy metal and nitrogen concentrations in mosses are declining across Europe whilst some “hotspots” remain in 2010. Environmental Pollution 200 (2015) 93-104.)
Deposition von Nickel in Europa (Quelle: H. Harmens et al (2015): Heavy metal and nitrogen concentrations in mosses are declining across Europe whilst some “hotspots” remain in 2010. Environmental Pollution 200 (2015) 93-104.)

Blei stammt vor allem vom Straßenverkehr. Blei wirkt auf die meisten Lebewesen toxisch und ist nicht essentiell. Es reichert sich in Knochen, Leber und Nieren an.
Die Konzentration dieses Metalls ist seit 1995 konstant rückläufig. Grund dafür ist der Einsatz von bleifreiem Benzin in den letzten Jahren. Im Jahr 2010 entsprechen die Werte im gesamten Landesgebiet dem europäischen Median.

Deposition von Blei in Südtirol (Quelle: Landesagentur für Umwelt)
Deposition von Blei in Südtirol (Quelle: Landesagentur für Umwelt)
Deposition von Blei in Europa (Quelle: H. Harmens et al (2015): Heavy metal and nitrogen concentrations in mosses are declining across Europe whilst some “hotspots” remain in 2010. Environmental Pollution 200 (2015) 93-104.)
Deposition von Blei in Europa (Quelle: H. Harmens et al (2015): Heavy metal and nitrogen concentrations in mosses are declining across Europe whilst some “hotspots” remain in 2010. Environmental Pollution 200 (2015) 93-104.)

Die wichtigsten Quellen für Kupferemissionen sind die metallverarbeitende Industrie und die Verbrennung fossiler Brennstoffe. Auch in Dieselkraftstoff, Düngemitteln und Pestiziden, die für den Weinbau verwendet werden, kann Kupfer vorkommen. Kupfer ist für die Lebewesen ein essentielles Element, in höherer Konzentration kann es aber toxisch wirken.

In Südtirol liegen die höchsten Konzentrationen vor allem im Raum Meran-Bozen-Brixen. Seit dem Jahre 2005 nimmt die gemessene Kupferkonzentration ständig ab. In Europa liegt der Median im Jahre 2010 unter jenem von Südtirol.

Deposition von Kupfer in Südtirol (Quelle: Landesagentur für Umwelt)
Deposition von Kupfer in Südtirol (Quelle: Landesagentur für Umwelt)
Deposition von Kupfer in Europa (Quelle: H. Harmens et al (2015): Heavy metal and nitrogen concentrations in mosses are declining across Europe whilst some “hotspots” remain in 2010. Environmental Pollution 200 (2015) 93-104.)
Deposition von Kupfer in Europa (Quelle: H. Harmens et al (2015): Heavy metal and nitrogen concentrations in mosses are declining across Europe whilst some “hotspots” remain in 2010. Environmental Pollution 200 (2015) 93-104.)

Vanadium stammt vor allem aus metallverarbeitenden Industrien, Ölraffinerien und winderodierten Böden. Dieses Element ist für bestimmte Lebewesen essentiell, in höheren Konzentrationen ist es jedoch toxisch, karzinogen und akkumulativ.

In Südtirol wurden die höchsten Konzentrationen in der Nähe von Meran und Bozen gemessen. In den ersten beiden Untersuchungszeiträumen wurde keine Veränderung der Konzentration festgestellt, 2005 lagen die Werte etwas höher, 2010 waren sie aber wieder rückläufig. Im Jahre 2015 wurden annähernd gleich hohe Vanadiumkonzentrationen wie 2010 verzeichnet. Die Vanadiumwerte lagen 2010 unter dem europäischen Mittel.

Deposition von Vanadium in Südtirol (Quelle: Landesagentur für Umwelt)
Deposition von Vanadium in Südtirol (Quelle: Landesagentur für Umwelt)
Deposition von Vanadium in Europa (Quelle: H. Harmens et al (2015): Heavy metal and nitrogen concentrations in mosses are declining across Europe whilst some “hotspots” remain in 2010. Environmental Pollution 200 (2015) 93-104.)
Deposition von Vanadium in Europa (Quelle: H. Harmens et al (2015): Heavy metal and nitrogen concentrations in mosses are declining across Europe whilst some “hotspots” remain in 2010. Environmental Pollution 200 (2015) 93-104.)

Hauptemittenten von Zink sind Straßenverkehr, metallverarbeitende Industrien und die Verbrennung von fossilen Brennstoffen. Für viele Lebewesen ist Zink ein essentielles Element, nur bei sehr hoher Dosis wirkt es auf Pflanzen und Tiere toxisch. Moose besitzen bereits einen relativ hohen Gehalt an Zink, sie akkumulieren es kaum.

In Südtirol wurden im Raum Bozen erhöhte Konzentrationen festgestellt, Grund dafür könnten die industriellen Zentren dort sein. Durchschnittlich sind die Werte seit1995 fast stetig gesunken.  Die Mittelwerte in Europa liegen 2010 etwas niedriger als jene von Südtirol.

Deposition von Zink in Südtirol (Quelle: Landesagentur für Umwelt)
Deposition von Zink in Südtirol (Quelle: Landesagentur für Umwelt)
Deposition von Zink in Europa (Quelle: H. Harmens et al (2015): Heavy metal and nitrogen concentrations in mosses are declining across Europe whilst some “hotspots” remain in 2010. Environmental Pollution 200 (2015) 93-104.)
Deposition von Zink in Europa (Quelle: H. Harmens et al (2015): Heavy metal and nitrogen concentrations in mosses are declining across Europe whilst some “hotspots” remain in 2010. Environmental Pollution 200 (2015) 93-104.)

Seit 2005 wurde zusätzlich zu den Schwermetallen auch das Element Stickstoff in Moosen untersucht. Die Emissionen von Stickstoff nehmen in den letzten Jahren weltweit zu und verursachen Überdüngung und Versauerung von Böden. Dies hat oft einen Artenverlust zur Folge. Die Medianwerte von Stickstoff sind in den Jahren 2010 und 2015 ähnlich und liegen im europäischen Mittel.

Deposition von Stickstoff in Südtirol (Quelle: Landesagentur für Umwelt)
Deposition von Stickstoff in Südtirol (Quelle: Landesagentur für Umwelt)
Deposition von Stickstoff in Europa (Quelle: H. Harmens et al (2015): Heavy metal and nitrogen concentrations in mosses are declining across Europe whilst some “hotspots” remain in 2010. Environmental Pollution 200 (2015) 93-104.)
Deposition von Stickstoff in Europa (Quelle: H. Harmens et al (2015): Heavy metal and nitrogen concentrations in mosses are declining across Europe whilst some “hotspots” remain in 2010. Environmental Pollution 200 (2015) 93-104.)

Kontakt: Biologisches Labor