De Luchtige Reis van Arseen: Nieuwe Methoden Onthullen Transportpaden van Deze Milieuvervuiler

Op de Pic du Midi in de Pyreneeën hebben onderzoekers van ETH deeltjes in de lucht, wolken en regenwater geanalyseerd op sporen van arseen. Met behulp van nieuw ontwikkelde meetmethoden hebben zij de transportpaden van deze milieutoxine in de atmosfeer in kaart gebracht. Dit onderzoek is gepubliceerd in het tijdschrift Nature Communications.

Arseen is een sporenelement dat net onder fosfor in het periodiek systeem staat. Deze nauwe chemische relatie betekent dat cellen niet altijd in staat zijn om de twee elementen van elkaar te onderscheiden. “De toxiciteit van arseen is gebaseerd op dit verwarringsrisico,” zegt Lenny Winkel, professor aan het Instituut voor Biogeochemie en Verontreinigingsdynamica van ETH Zürich, en het aquatische onderzoeksinstituut Eawag.

Voor vele jaren heeft Winkel en haar team interesse getoond in deze milieutoxine. Het wordt geschat dat ongeveer 31 kiloton arseen zich in de atmosfeer rond de aarde bevindt. Om meer te weten te komen over het gedrag en de verspreiding van arseen in de lucht, hebben de onderzoekers een uitgebreide meetcampagne uitgevoerd op het onderzoeksstation Pic du Midi, gelegen op 2.877 meter boven zeespiegel. Dit station maakt metingen mogelijk die grotendeels ongehinderd blijven door lokale verontreinigingsbronnen.

Op de Pic du Midi ontdekten de onderzoekers onder andere dat wolken gemiddeld aanzienlijk meer arseen bevatten dan regenwater. Maar wie zich nu zorgen maakt over vergiftiging door de volgende regenbui, kan gerust zijn: “Het arseen is zeer verdund in de atmosfeer,” zegt Winkel. In feite moesten de onderzoekers hun meetmethode optimaliseren om arseen überhaupt te kunnen detecteren. “De meetlimiet is nu 1 tot 2 nanogram per liter, wat tot 20 keer lager is dan de meetlimiet van eerdere methoden,” voegen de onderzoekers toe.

Een geavanceerd model van luchtmassa-bewegingen en chemische analyses van wolken- en regenwater hebben de onderzoekers in staat gesteld verschillende kenmerkende transportpatronen te identificeren. Hierdoor konden ze voor elk monster achterhalen waar het arseen vandaan kwam. Als een monster veel natrium bevatte, concludeerden de onderzoekers dat het arseen waarschijnlijk was gemengd met het zout dat uit de zee was opgestuwd.

Echter, Winkels team onderzocht ook opgeloste organische koolstof in andere monsters. “Dit kan afkomstig zijn van natuurlijke bronnen zoals planten en pollen, maar ook van door de mens veroorzaakte milieuvuiling door vervoer of industrie,” zegt Esther Breuninger, de eerste auteur van het wetenschappelijke artikel. “In ieder geval geeft de opgeloste organische koolstof aan dat het arseen over landmassa’s moet zijn gereisd voordat het in ons monster terechtkwam.”

Winkel en haar team hebben verschillende soorten arseen in de regenwatermonsters gedetecteerd. Naast het verwachte anorganische arseen, vonden ze ook zogenaamde gemethyliseerde arseenverbindingen. Deze verbindingen worden gevormd wanneer bacteriën, algen, planten of schimmels anorganisch arseen opnemen en vervolgens het gif in een gewijzigde vorm uitscheiden, waardoor ze zichzelf mogelijk beschermen. De analyses van de onderzoekers tonen aan dat het arseen zowel in de zee als op het land wordt omgezet.

“Tot nu toe werd aangenomen dat menselijke activiteiten, zoals de verbranding van steenkool of het smelten van ertsen, voornamelijk verantwoordelijk waren voor de atmosfeervolle arseen,” zegt Winkel. In sommige wolkenmonsters maakten gemethyliseerde verbindingen echter de meerderheid van het gedetecteerde arseen uit. “Deze resultaten tonen aan dat biologische processen een belangrijkere rol spelen dan eerder werd aangenomen,” voegt Winkel toe. Nu moet de invloed van biologische processen op de wereldwijde arseen-cyclus meer aandacht krijgen in de modellen. “Blijkbaar dragen levende organismen bij aan de mobilisatie van historische arseenvervuiling en de wereldwijde verspreiding ervan door hun metabolisme,” voegt Winkel toe.