Quecksilberbestimmungen in Jahresringen mit der Quadranten-Methode

Am 6. August 2017 trat das Minamata-Übereinkommen über Quecksilber in Kraft, welches den Schutz der menschlichen Gesundheit und der Umwelt vor vom Menschen verursachten Freisetzungen von Quecksilber und seinen Verbindungen zum Ziel hat. Der Wald ist dabei als eine vergleichsweise prominente Senke von Quecksilber bekannt. Im Holz ist Quecksilber verglichen mit Nadeln bzw. Blättern und Rinde zwar in sehr geringen Konzentrationen vorhanden; die im Holz enthaltene Menge Quecksilber ist aber deshalb relevant, weil das Holz im Wald insgesamt einen großen Anteil an dessen Biomasse darstellt.

In den letzten Jahren konnte in Österreich am Institut für Waldschutz des Bundesforschungszentrums für Wald (BFW) eine Methode etabliert werden, die es ermöglicht, relative Veränderungen von Quecksilberemissionen über sehr lange Zeiträume zurückzuverfolgen. Eine der ersten Arbeiten zu Quecksilberbestimmungen in Jahresringen stammt von Hojdová et al. (2011). Lange war unklar, ob das in Jahresringen gespeicherte Quecksilber eher aus dem Wurzel-, dem Rinden- oder dem Kronenbereich eines Baumes stammt (Cooke et al. 2020). 

Inzwischen kann aber dank Isotopenanalysen als gesichert angesehen werden, dass das Quecksilber in Jahresringen ausschließlich aus der den Baum umgebenden Atmosphäre aufgenommen wird (McLagan et al. 2022). Bei einem Teil der Arbeiten, die zu Quecksilberbestimmungen in Jahresringen publiziert wurden, wurden Bohrkerne aus Baumstämmen verwendet und bei einem weiteren Teil Stammscheiben beprobt. In den meisten Fällen wurden die Quecksilbermessungen in Jahresringen in Abschnitten von Jahrfünften durchgeführt.

Durch die Beprobung der einzelnen Jahrgänge in jeweils vier verschiedenen Quadranten konnten wir im Zuge der Methodenentwicklung am BFW die Ergebnisse detaillierter darstellen und die Genauigkeit steigern. So können Unregelmäßigkeiten innerhalb eines Jahresringes gemittelt werden und die Verläufe der Quecksilberkonzentrationen mit der Zeit waren gleichmäßiger. Es wird vermutet, dass derartige Unregelmäßigkeiten durch mehrfach stattfindende Änderungen der Bedingungen in direkter Umgebung eines Baumes im Laufe der Jahre, wie zum Beispiel die umgebende Vegetation, zustande kommen können. Jedenfalls ermöglicht diese Vorgangsweise, gleichmäßige Verläufe von Quecksilberkonzentrationen in Stammscheiben über lange Zeiträume zu erhalten, auch wenn man einzelne Jahre beprobt.

Von entscheidender Bedeutung für erfolgreiche Methodenentwicklungen sind grundsätzlich Proben, die aussagekräftige Informationen erwarten lassen. Das Österreichische Bioindikatornetz wurde 1983 mit Blättern und Nadeln als passiven Akkumulationsindikatoren gestartet. Auf bis zu 1500 Punkten werden jährlich jeweils zwei Bäume beprobt und deren Assimilationsorgane auf 14 Elementgehalte analysiert (B, Ca, Cr, Cu, Fe, Hg, K, Mg, Mn, N, Ni, P, S und Zn).

Abbildung 1 zeigt die Quecksilbergehalte für die verschiedenen Standorte des Österreichischen Bioindikatornetzes für die Jahre 1986 (a), 1996 (b), 2006 (c) und 2021 (d). Man erkennt als grobe Tendenz über alle Standorte einen deutlichen Abfall der Quecksilbergehalte in Richtung der Gegenwart. Zusätzlich zu den international bekannten Quecksilberemissionsquellen wie Chloralkalielektrolyse, Zementproduktion und Kupferrecycling ist in Abbildung 1 auch eine österreichische Besonderheit, der Industriezweig Primäreisenproduktion aufgrund der erhöhten Quecksilbergehalte in österreichischen Eisenerzen, gut zu ersehen: Das liegt daran, dass das österreichische Erzvorkommen, welches in Linz und Donawitz verhüttet wird, im Vergleich zu anderen Erzen deutlich höhere Quecksilbergehalte aufweist.

Abb. 1: Quecksilbergehalte in Nadel- und Blattproben des Österreichischen Bioindikatornetzes. Dargestellt sind die Jahre 1986 (a), 1996 (b), 2006 (c) und 2021 (d).

In Österreich wurden bisher Bäume an sieben Standorten untersucht (Tabelle 1). Diese Standorte stimmen mit jenen Gebieten in Abbildung 1a (Jahr 1986) überein, wo im Österreichischen Bioindikatornetz deutlich erhöhte Quecksilberimmissionen festgestellt wurden. In einem Fall war dies nicht zutreffend, nämlich auf dem Standort Gmunden. Dort wurden in einem Zeitraum seit 1970 keine erhöhten Immissionen in der entnommenen Stammscheibe gemessen. 

Seit 1986 liegen auch die Quecksilberwerte aus dem Österreichischen Bioindikatornetz für dieses Gebiet vor: Beide Ergebnisse, aus der Stammscheibe und aus dem Österreichischen Bioindikatornetz, zeigten übereinstimmend keine nennenswerten Quecksilberbelastung für diese Periode. Grundsätzlich ist die Liste von Punktquellen im Annex D des Minamata-Übereinkommens auch ein guter Anhaltspunkt; dort werden Kohlekraftwerke, kohlebefeuerte Industrie-Boiler, Schmelz- und Röstprozesse von Nichteisenmetallen, Müllverbrennungsanlagen und Produktionsanlagen für Zementklinker als mögliche Punktquellen für Quecksilber gelistet (United Nations Environment Programme 2019).

Auffällig ist, dass die Primäreisenproduktion, wie in Donawitz, im Annex D des Minamata-Übereinkommens nicht gelistet ist. Das ist ein gutes Beispiel für einen Industrieprozess, der dort eine Ausnahme darstellt und nur aufgrund überdurchschnittlich quecksilberhältiger Erze als eine österreichische Besonderheit für die Quecksilberimmissionen relevant ist. Besonders hierfür war das Österreichische Bioindikatornetz als Informationsquelle wertvoll.

Das Ergebnis der Stammscheibe aus der Umgebung von Gmunden zeigt, dass Standorte der Zementindustrie Quecksilber in unterschiedlich hohen Konzentrationen emittieren dürften. Selten sind in der internationalen Literatur Daten über Quecksilberbestimmungen in Jahresringen aus urbanen Gebieten zu finden. Die Stammscheibe vom Rosenhügel in Wien zeigt, dass solche urbanen Gegenden durchaus leicht erhöhte Quecksilbergehalte in der Vergangenheit zeigen können. Gründe dafür können sowohl eine in räumlicher Nähe befindliche Müllverbrennungsanlage sein, wie auch Hausbrand, speziell wenn mit Kohle geheizt wird.