Als in Trinkwasserbrunnen im Südosten von Wisconsin hohe Konzentrationen des Spurenelements Molybdän (mah-LIB-den-um) entdeckt wurden, schienen die zahlreichen Kohlenaschedeponien der Region eine wahrscheinliche Quelle der Kontamination zu sein.

Eine detaillierte Detektivarbeit unter der Leitung von Forschern der Duke University und der Ohio State University hat jedoch ergeben, dass die Teiche, in denen sich die Rückstände der in Kraftwerken verbrannten Kohle befinden, nicht die Quelle der Kontamination sind.

Stattdessen stammt es aus natürlichen Quellen.

„Basierend auf Tests mit forensischen Isotopen-Fingerabdrücken und Altersdatierungstechniken liefern unsere Ergebnisse unabhängige Beweise dafür, dass Kohlenasche nicht die Quelle der Wasserverschmutzung ist“, sagte Avner Vengosh, Professor für Geochemie und Wasserqualität an der Duke's Nicholas School of die Umwelt.

„Wenn dieses molybdänreiche Wasser aus der Auslaugung von Kohleasche stammen würde, wäre es relativ jung, da es erst vor 20 oder 30 Jahren aus Kohlenascheablagerungen an der Oberfläche wieder in den Grundwasserleiter der Region eingespeist wurde“, sagte Vengosh. „Stattdessen zeigen unsere Tests, dass es tief unter der Erde stammt und mehr als 300 Jahre alt ist.“

Die Tests ergaben auch, dass der Isotopen-Fingerabdruck des kontaminierten Wassers – sein genaues Verhältnis von Bor- und Strontium-Isotopen – nicht mit dem Isotopen-Fingerabdruck von Rückständen aus der Kohleverbrennung übereinstimmte.

Diese Ergebnisse „entkoppeln“ das Molybdän von den Kohlenaschedeponien und deuten stattdessen darauf hin, dass es das Ergebnis natürlicher Prozesse in der Gesteinsmatrix des Grundwasserleiters ist, sagte Jennifer S. Harkness, eine Postdoktorandin an der Ohio State, die die Studie im Rahmen dieser Studie leitete ihrer Doktorarbeit bei Duke.

Die Forscher veröffentlichten diesen Monat ihre von Experten begutachtete Arbeit in der Zeitschrift Environmental Science & Technology.

Kleine Mengen Molybdän sind sowohl für Tiere als auch für Pflanzen lebenswichtig, aber wer zu viel davon zu sich nimmt, riskiert Probleme wie Anämie, Gelenkschmerzen und Zittern.

Einige der im Südosten von Wisconsin getesteten Brunnen enthielten bis zu 149 Mikrogramm Molybdän pro Liter, etwas mehr als das Doppelte des Grenzwerts für sicheres Trinken der Weltgesundheitsorganisation, der bei 70 Mikrogramm pro Liter liegt. Die US-Umweltschutzbehörde legt den Grenzwert mit 40 Mikrogramm pro Liter sogar noch niedriger fest.

Um die neue Studie durchzuführen, verwendeten Harkness und ihre Kollegen forensische Tracer, um das Verhältnis von Bor- zu Strontiumisotopen in jeder Wasserprobe zu bestimmen. Sie haben auch die radioaktiven Tritium- und Heliumisotope jeder Probe gemessen, die konstante Zerfallsraten aufweisen und zur Beurteilung des Alters einer Probe oder der „Verweilzeit“ im Grundwasser verwendet werden können. Durch die Integration dieser beiden Erkenntnisse waren die Wissenschaftler in der Lage, detaillierte Informationen über die Geschichte des Grundwassers zusammenzustellen, darunter auch, wann es zum ersten Mal in den Grundwasserleiter eindrang und mit welchen Gesteinsarten es im Laufe der Zeit interagierte.

„Diese Analyse ergab, dass das Wasser mit hohem Molybdängehalt nicht aus Kohlenascheablagerungen an der Oberfläche stammte, sondern vielmehr aus molybdänreichen Mineralien in der Grundwasserleitermatrix und Umweltbedingungen im tiefen Grundwasserleiter resultierte, die die Freisetzung dieses Molybdäns in die Grundwasserleiter ermöglichten Grundwasser“, erklärte Harkness.

„Das Einzigartige an diesem Forschungsprojekt ist, dass es zwei verschiedene Methoden – Isotopen-Fingerabdrücke und Altersdatierung – in einer Studie integriert“, sagte sie.

Obwohl sich die Studie auf Trinkwasserbrunnen in Wisconsin konzentrierte, sind ihre Ergebnisse möglicherweise auf andere Regionen mit ähnlichen Geologien anwendbar.

Thomas H. Darrah, außerordentlicher Professor für Geowissenschaften an der Ohio State, ist Harkness‘ Postdoktorandenberater an der Ohio State und war Mitautor der neuen Studie.