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Denkmalswunsch
Setze mir ein Denkmal, cher,
ganz aus Zucker, tief im Meer.
Wiederum in eure Kreise
komm ich so auf diese Weise,
Ein Süßwassersee, zwar kurz,
werd ich dann nach meinem Sturz;
während, werd ich Stein und Erz
nur ein Vogel seinen Sterz
doch so lang, daß Fische, hundert,
oder gar ein Mensch von Wert
nehmen einen Schluck verwundert.- seinen Witz auf mich entleert.
Diese ißt in Hamburg und
Bremen dann des Menschen Mund.-
Christian Morgenstern
Zusammenfassung des Artikels
"A system dynamic model for the assessment of
different exposure routes in aquatic ecosystems“
von G. Carbonell, C. Ramos, M. V. Pablos, J. A. Ortiz, J. V. Tarazona
(Grupo de Laboratorio de Ecotoxicología / Medio Ambiente)
CHAIN: Der Produzent steht per BCF mit dem ihm umgebenden Medium im Austausch.
Die Konsumenten der Nahrungskette erhalten den Schadstoff durch ihre jeweilige Beute
- dabei waren sie von der Umwelt völlig losgelöst.
(sie hätten auch in einem Restaurant speisen können)
In den gegenwärtigen europäischen Richtlinien zur
Abschätzung des ökologischen Risikos wird bislang
nur die wassergebundene Exposition berücksichtigt.
Dieses Papier stellt nun ein in Excel implementiertes
Modell vor, von dem es


1. eine vereinfachte und
2. die komplette Version gibt.
Die vereinfachte Version stellt ein Worst-Case-Szenario dar,
da bei der wassergebundenen Exposition sofortiges thermodynamisches
Gleichgewicht angenommen wird.
Es hat den Vorteil, mit weniger Parametern auszukommen und kann bei
pessimistischem Ausgang Auslöser für die Verwendung der kompletten Version sein.
In der kompletten Version stellt der Beitrag zur Konzentration im Organismus
infolge der wassergebundenen Exposition ein zielsuchendes Wachstum dar.
Diese aquatische Nahrungskette liegt dem Modell zugrunde:
2. Cladoceran,
z.B. Daphnia
4. Raubfisch
hier Hecht mit
Forelle im Maul
1.einzellige Alge
3. Fisch
Der große Unterschied zu CHAIN ist nun,
1. daß sich die Konsumenten tatsächlich im Wasser tummeln
(und nicht im Restaurant) und
2. der Produzent als Partikel angesehen wird, dem wie in der
Atmosphäre Schadstoffe anhaften können.
Ferner gibt es das optionale Kompartiment Sediment
(siehe Flunder als Filtrierer).
Wie beim ALARM-Modell: ein einziger Eintrag einer lipophilen
Substanz, die sich für Bioakkumulation eignet
(geringe Wasserlöslichkeit und hoher Kow),
ein exponentieller Abbau ist möglich: Cw = Cw0 * e - (ln2/ Halbwertszeit)*t
Für Sediment und Wasser kann auch dieser Verlauf angenommen
werden: CSediment = CSediment 0 * (1 - e - (ln2/ Halbwertszeit)t)
(ln2/ Halbwertszeit)*t
gelöst
aquatische Nahrungskette
Substanzeintrag ins Wasser
an Partikel gebunden
im Sediment
Abbau
Räuber
Sediment-Nahrungskette
Somit ist die Konzentration in jedem Glied der Nahrungskette die
Summe aus wassergebundener Exposition (über Haut) und
Schadstoffaufnahme über Beute und ggf. aus dem Sediment:
Corg = Cw * BCF + CBeute * BFAF + CSediment * BSAF
wobei BFAF und BSAF der Biota-Food- und der Biota-Sediment-Accumulation-Faktor sind
Im kompletten Modell nähern sich Cw, CBeute und Csediment
asymptotisch den tatsächlichen Konzentrationen (aus der
Perspektive des Organismus, um nicht sofort ins
thermodynamische Gleichgewicht zu geraten).
CAufnahme für Organismus = (k1/k2) * Ctatsächlich * (1 - e - k2 * t)
mit k1 der Aufnahmerate
bei CBeute Produkt aus Assimilationseffizienz und Freßrate
und k2 der Abbaurate
In den gegenwärtigen europäischen Richtlinien zur Abschätzung
des ökologischen Risikos wurde bislang nur die
wassergebundene Exposition berücksichtigt (falls es sich nicht
gerade um eine hochpersistente Substanz handelt)
und so das tatsächliche Risiko unterschätzt. Die Autoren meinen,
daß ihr Modell diese Lücke schließt.
Nun wurden 4 Szenarien für einen Teich durchgeführt,
die sich in Persistenz und Metabolisierbarkeit unterscheiden:



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1. mittlere Persistenz im Wasser; 30 % Assimilation;
leicht metabolisierbar, besonders durch Fisch
2. wie 1., durch Fisch aber nicht metabolisierbar
3. höhere Persistenz im Wasser und weniger
metabolisierbar durch Wirbellose
4. wie 1., aber sehr hohe Persistenz
Beurteilung der Szenarien 1 und 4: Bioakkumulation hauptsächlich beim 1. Konsumenten (wegen hohem
Metabolismus bei Fisch); Gefährdungspotential für beide Wege etwa gleich stark wenn Metabolismus gross
Bei geringem Metabolismus (hier: bei Fisch) ist die Gefährdung über die Nahrungskette grösser
Beurteilung der Szenarien 2 und 3:
Eindeutige Biomagnifikation:
Akkumulation via Nahrungskette höher als via Wasserweg
Wasser < 1. Prod. < 1.Kons. < 2. Kons. <3. Kons.
Grund: geringer Metabolismus
Ergebnisse und Diskussion
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Allgemeines:
–
–
–
–
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Getrennte Betrachtung der Austragungswege
Simulation aller 4 Szenarien
Benutzung des vereinfachten und des vollständigen Modells
Teilergebnisse siehe Tab.1
Probleme:
– Mangel an Daten über die Übertragungswege
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
Absorbtions- und Abbauraten unbekannt
BFAF/BSAF sind noch über phys./chem. Eigenschaften und den
Kow abschätzbar
• Diskussion:
- Nach europäischen Richtlinien zur Beurteilung/ Erfassung von
Pestizidkonzentrationen berechnet sich die Konzentration eines
Schadstoffes eines aquatischen, in oberster Trophiestufe stehenden
Organismusses (Seevögel u.ä) nach:
Cmax = PEC *BCF
Dieser Wert stimmt nicht mit den Simulationsergebnissen überein:
• Zu klein für den direkten Wasserweg wegen Dissipation und
allmählicher Einstellung des FGG
• Zu gross für die Nahrungsketten wegen Bioakkumulation
- Nicht im Modell berücksichtigt aber für zukünftige
Modellentwicklungen unentbehrlich:
• Ausser gelöstem Anteil eines Pestizides auch jener an Partikel
(auch Phytoplankton) absorbierte Anteil für die Verbreitung
über die Nahrungskette essentiell (insbesondere lipophile
Substanzen)
• Das Sediment sowie damit verwobene Nahrungsketten spielen
eine Rolle (Konzentrationen berechenbar, z. B. über die zu
erwartende Wasserkonzentration, Kow, Koc)
• Keine Untersuchungen über Toxizität (bel. Konzentrationen im
Organismus möglich)
• Nur Abbau 1. Ordnung: 2. Oder 3. Ordnung möglich, wenn
Austausch- und Abbauraten bekannt (exp.)
• Validierung mangels Messdaten nicht möglich
• Aufnahmefähigkeit (Assimilation) je nach Substanz extrem
unterschiedlich, im Modell ist leider nur ein einheitlicher
Prozentsatz benutzt worden

Schlussfolgerungen:
– Die Verbreitung via Nahrungkette ist neben lipophilen
Substanzen auch für bioakkumulierbare, mit hoher
Dissipation gekennzeichnete Substanzen relevant (denn
keine wirkliche Dissipation)
– Ebenso für jene, die gut an Partikel absorbieren
– Das vereinfachte Modell eignet sich gut für das Studium der
maximalen Reaktionsgeschwindigkeiten
– Die Verbreitung via Nahrungkette ist unterschätzt bzgl.
bestimmter Substanzen
– Das komplette Modell verlangt Abbau- und Aufnahmeraten
(evtl. experimentell zu bestimmen)
Kritik (nicht inhaltlich sondern formal)
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Reihenfolge der Grafiken wurde vertauscht
Formeln sind fehlerhaft angegeben (Setzung der Klammern)
Bezeichnungen sind nicht konsistent (einmal "conditions 1 and
4", dann "case a, b, c, d" - viele Autoren verderben den Text)
ein Eintrag in der Tabelle widerspricht der Aussage, daß das
vereinfachte Modell ein worst-case-scenario darstellt (der
Modelldurchlauf im kompletten Modell ergibt eine höhere
Konzentration)