Bearbeiter: Manja Doege Anja Michalski Katrin Michalski Betreuer

Transcrição

DDT – ein globales Problem
Oberseminarvortrag am 22.06.2000
Bearbeiter:
Manja Doege
Anja Michalski
Katrin Michalski
Betreuer:
Vortrag:
Prof. Dr. rer. nat. habil. Merkel
22.06.2000
1
Inhalt
Seite
1. Einteilung der Pestizide.........................................................................................
4
2. Geschichte.............................................................................................................
4
3. Anwendungsgebiete und Produktionsmengen......................................................
3.1. Anwendung............................................................................................
3.2. Produktionsmengen................................................................................
5
5
6
4. Vorkommen..........................................................................................................
7
5. Chemismus und physikochemische Eigenschaften...............................................
8
6. Biologische Wirkung............................................................................................
9
7. Toleranz................................................................................................................
10
8. Resistenz...............................................................................................................
10
9. Bedeutung der Lipide...........................................................................................
11
10. Toxizität..............................................................................................................
10.1. Einfluß der Temperatur........................................................................
12
12
11. Richt- und Grenzwerte.......................................................................................
12
12. Formulation.........................................................................................................
15
13. Abbau und Abbauprodukte.................................................................................
13.1. Allgemein.............................................................................................
13.2. DDT-Abbau..........................................................................................
15
15
16
14. DDT - ein globales Problem...............................................................................
14.1. Persistenz.............................................................................................
14.1.1. Rückstandsbildung.................................................................
14.1.2. Persistenz..............................................................................
18
18
18
18
14.2. Transport in Boden, Luft und Wasser..................................................
20
14.3. Wirkung auf Nicht-Zielobjekte.............................................................
14.3.1. Wirkung auf Vögel, Fische und Nutzinsekten......................
14.3.2. Wirkung auf den menschlichen Körper.................................
14.3.2.1. Aufnahmewege........................................................
14.3.2.2. Gefährdung der Männlichkeit..................................
14.3.2.3. DDT in der Muttermilch..........................................
14.3.2.4. DDT im Blut............................................................
23
23
24
25
25
26
27
2
15. Analysenmethoden...............................................................................................
27
16. Grundwasserreinigung..........................................................................................
28
17. Beispiele für DDT in der Nahrungskette..............................................................
29
18. DDT heute............................................................................................................
31
19. Alternativen..........................................................................................................
31
20. Literaturverzeichnis..............................................................................................
34
3
Zusammenfassung
Mit der Entdeckung des DDT stand der Welt erstmals ein absolut wirksames Insektizid zur
Verfügung. Hungersnöte, ausgelöst durch Insekten, die die Ernte vernichteten und von
insekten-übertragene Krankheiten, konnten jetzt erfolgreich bekämpft werden. Aufgrund seiner
geringen akuten Toxizität für Vögel und Säugetiere schien der Einsatz unbedenklich zu sein.
Bald jedoch häuften sich die Hinweise darauf, dass DDT lange nicht so harmlos ist wie man
anfangs annahm. Ein Rückgang verschiedener Organismenpopulationen (insbesondere bei
Vögeln) und Organschäden bei unzähligen Lebewesen bis hin zum Menschen waren eindeutige
Folgen des immer stärker werdenden großflächigen DDT-Einsatz.
Hauptursache ist die Persistenz des DDT. Es widersteht weitgehend biologischen und
chemischen Abbauprozessen und ist somit überall in der Umwelt über längere Zeit zu finden.
In Verbindung mit seinen lipophilen Eigenschaften, die eine Speicherung im Körperfett
ermöglichen, kommt es zur Anreicherung des DDT in der Nahrungskette. Außerdem kann
DDT infolge seiner großen Beständigkeit durch Wind, Wasser, Luft, der Atmosphäre und in
den Organismen weit transportiert werden, wodurch es auch in Gebiete gelangt, in denen es nie
angewandt wurde. Langandauernde Einlagerungen und ständig neue Zufuhr von DDT, die bei
Säugetieren und Menschen hauptsächlich über die Nahrungskette erfolgt, führt schließlich zu
einer chronischen Vergiftung des Körpers. Als man diese Gefahr erkannte, wurde das DDT
verboten, zuerst in den USA, andere Länder folgten jedoch bald darauf. Doch heute noch wird
DDT vor allem in den Entwicklungsländern eingesetzt und gelangt infolgedessen hauptsächlich
über Nahrungsmittel weiterhin nach Europa.
Ein vollständiges DDT-Verbot wird von den Umweltschutzorganisationen angestrebt, aber bei
der Malariabekämpfung u.a. gibt es bis jetzt keine Alternative, so dass man in diesem Bereich
noch nicht auf DDT verzichten will und kann.
Als kontroversen Abschluß zu dem Thema DDT, schädlich oder nicht, steht ein Zitat von
RÖMPP CHEMIE LEXIKON, (1987?) „ Spätere Untersuchungen haben gezeigt, daß die
Eierschalenverdünnung nicht durch DDT sondern durch polychlorierte Biphenyle
hervorgerufen wurde und daß DDT beim Menschen keinen Krebs erzeugt. Die bei Mäusen
(und nur dort) beobachteten Lebertumoren können sich bei nicht zu langer Expositionszeit
zurückbilden; sie greifen nicht auf das Nachbargewebe über und bilden keine Metastasen. Auf
DDT zurückzuführende Erkrankungen von Menschen, die besonders häufig mit dem Wirkstoff
in Berührung kommen, z. B. die Arbeiter in den Produktionsstätten, die Personen, die mit der
Ausbringung des Wirkstoffs betraut sind oder die Bewohner der Häuser, deren Wände im
Rahmen des Anti-Malaria-Programmes der WHO halbjährlich mit DDT besprüht werden, sind
bisher nicht bekannt.“
4
1. Einteilung der Pestizide
Pestizide sind Substanzen, die zum Töten oder zur Abwehr von Schädlingen angewandt
werden. Hauptsächlich handelt es sich dabei um künstlich hergestellte Chemikalien, es gibt
jedoch auch natürlich vorkommende Wirkstoffe. Demnach unterteilt man in anorganische,
organisch-synthetische und biologische Pestizide. Die anorganischen Pestizide waren bis zum
zweiten Weltkrieg die gebräuchlichsten Gifte, sind jedoch ab ca. 1940 mit der Entwicklung der
organischen Pestizide fast bedeutungslos geworden, da sie oft weniger effektiv und gewöhnlich
sehr viel toxischer für eine große Breite von Organismen waren als die organischen Pestizide.
Die biologischen Pestizide sind natürlich vorkommende, aus Pflanzen gewonnene
Verbindungen. Die heute am meisten genutzten Pestizide sind die synthetisch hergestellten,
organischen Wirkstoffe.[9]
Nach ihrem Anwendungsbereich unterscheidet man Insektizide (gegen Insekten), Fungizide
(gegen Pilze), Herbizide (gegen Unkräuter), Rodentizide (gegen z. B. Ratten und Mäuse),
Molluscizide (gegen Schnecken), Akarizide (gegen Milben) und Nematizide (gegen
Fadenwürmer.
Die Insektizide lassen sich nach ihrer chemischen Zusammensetzung in drei Hauptgruppen
einteilen [10]:
- chlorierte Kohlenwasserstoffe
- Organophosphate
- Carbamate
Eine weitere Einteilung der Insektizide erfolgt hinsichtlich ihrer Beweglichkeit in der Pflanze.
Man unterscheidet protektiv oder lokal wirkende Verbindungen, Wirkstoffe mit Tiefenwirkung
(dringen in das Pflanzengewebe über die Blätter ein, werden aber nicht vom Säftestrom der
Pflanze fortgetragen) und systemische Wirkstoffe, die relativ schnell von Pflanzen über die
Wurzeln aufgenommen und im Gefäßsystem transportiert werden.[10]
DDT gehört zu den chlorierten Kohlenwasserstoffen und ist ein Insektizid mit lokaler
Wirkung, das heißt, das Mittel bleibt auf der Pflanzenoberfläche, wo es so gleichmäßig wie
möglich aufgetragen werden muß, und wo es von den Insekten direkt aufgenommen wird. Der
Nachteil einer solchen Wirkung ist die Anfälligkeit des Insektizids auf die Witterung.[6]
2. Geschichte
Die Anwendung von Chemikalien zur Bekämpfung von in Massen auftretenden schädlichen
Insekten ist eine sehr alte Methode. „Schon vor etwa 3000 Jahren benutzten die Griechen
Schwefel und später die Römer Asphaltdämpfe zum Schutz ihrer Weingärten.“[Schmidt,
1986]. Um 900 n. Chr. bekämpften die Chinesen mit Arsen Insekten in ihren Gärten. Im 17.
Jahrhundert wurde das erste natürlich vorkommende Insektizid, Nikotin von Extrakten der
Tabakblätter, angewendet. In den 30’er Jahren des 19. Jahrhunderts begann die Entwicklung
der synthetischen organischen Pestizide.[1]
DDT wurde erstmals 1874 vom deutschen Chemiker Othmar Zeidler synthetisch hergestellt.
Seine insektizide Wirkung stellte der Schweizer Paul Müller 1939 fest. Für diese Entdeckung
erhielt er den Nobelpreis. Man glaubte die Lösung gegen unzählige Insektenplagen gefunden
zu haben.[15]
1943 wurde DDT erstmals auf den Markt gebracht und entwickelte sich bald zum meist
verwendeten Insektizid der Welt [6]. Beim Militär setzte man es bis 1945 ein, indem unter
5
anderem Gefangene und Flüchtlinge in den Lagern mit DDT eingepudert wurden, um Typhusübertragende Läuse zu bekämpfen. Auf diese Weise wurde Europa von großen Seuchen
verschont.[16]
Nach dem Krieg kam DDT dann auch im landwirtschaftlichen Bereich großflächig zur
Anwendung, da bisher vor allem Kartoffelkäfer ganze Ernten vernichtet und Hungersnöte
ausgelöst hatten. In den folgenden Jahren wurde DDT fast überall und in enormen Mengen zur
Vernichtung aller denkbaren Schadinsekten, teilweise ohne Rücksicht auf andere Lebewesen,
eingesetzt. Nebenwirkungen des Insektizids waren unbekannte oder wurden einfach übersehen.
In den 60’er Jahren ging die Anwendung von DDT schließlich zurück, Ursachen waren:
- eine steigende Resistenz der Schadinsekten gegen DDT
- eine zunehmende Besorgnis über die Nebenwirkungen auf die Umwelt
1962 erregte das Buch „Silent Spring„ der amerikanischen Meeresbiologin Rachel
Carson öffentliche Aufmerksamkeit. Das Buch wies erstmals auf die schädliche
Wirkung von DDT und seinen Abbauprodukten auf die gesamte Lebewelt hin.[1]
Ein Anwendungsverbot trat erstmals 1972 in den USA in Kraft. In Deutschland wurde durch
das DDT-Gesetz vom 7.8.1972 sowohl seine Anwendung, als auch seine Herstellung verboten.
Die DDR setzte es in der Forstwirtschaft ein bis es offiziell 1983 verboten wurde. Heute
existiert in allen Industrieländern mindestens ein Anwendungsverbot für DDT. In den
Entwicklungsländern kommt DDT jedoch bis heute unter anderem zur Bekämpfung von
Malaria zum Einsatz.[16]
3. Anwendung und Produktionsmengen
3.1. Anwendung
Das DDT-Anwendungsgebiet war, wie schon die Geschichte zeigt, breit gefächert. Eingesetzt
wurde das Pestizid hauptsächlich als Kontakt- und Fraßgift. Spezielle Anwendungsbereiche
sind im folgenden zu finden [1][18]:
·
·
·
·
·
·
·
·
in der Landwirtschaft:
- zur Bekämpfung von Baumwollschädlingen
- zur Bekämpfung des Kartoffel- und Maikäfers
im Obstplantagen- und Weinbau
im Garten- und Gemüsebau
in der Forstwirtschaft, als Holzschutz (Speziell das Holzschutzmittel Hylotox 59,
welches bis 1989 mit Flugzeugen zur großflächigen Waldbesprühung in der DDR
eingesetzt worden ist)
für die Desinfektionsmaßnahmen im Haus gegen Wanzen, Kleiderläuse und Flöhe
im 2. Weltkrieg und Nachkriegszeit zur Bekämpfung der Pest durch entflöhen von
Ratten
für die Malaria- ,Typhus- und Tse –Tse –Fliegenbekämpfung
Imprägnierung des Verpackungsmaterials von Lebensmitteln (vor allem in den
USA)
Die Abbildung 1 zeigt den Gebrauch von chlorierten Kohlenwasserstoffen in der
Landwirtschaft von 1987-1991 in den USA.
6
Abb. 1: Barbash / Resek, 1996
3.2. Produktionsmengen
Anhand der hier aufgeführten Daten, läßt sich leicht erkennen, in welchem Umfang das DDT
als Breitenwirkmittel verwendet wurde.
·
·
·
1965 Jahresproduktion allein in der BRD 30.000 t
1976 weltweit noch 60.000 t produziert
1996 weltweit noch ca. 5.000 t [18]
Man geht davon aus, das ca. 2 Millionen Tonnen DDT in die Umwelt eingebracht wurden sind.
80% davon allein in der Landwirtschaft. Fast die gesamte produzierte Menge gelangt in die
Umwelt. Für einen Hektar verbrauchte man ca. 1 bis 3 kg DDT. Wobei in diesen eingesetzten
Produkten der Wirkstoff zwischen 1 und 10 % lag.
Als drastisches Beispiel ist Indien zu nennen, welches bis Ende der achtziger Jahre rund
250.000 Tonnen für die Malariabekämpfung versprühte. Andererseits gingen durch die
Behandlung mit DDT die Malariafälle von 75 Millionen infizierten auf 5 Millionen zurück.
Nachdem die ersten Ausmaße der Pestizidbenutzung bekannt wurden, stellte man allmählich
die Produktion und die Verwendung dieses Giftes ein. Dabei war die BRD 1972 Vorreiter im
Gegensatz zu der DDR, welche DDT noch bis 1989 in der Forstwirtschaft und beim
Holzschutz verwendete. Mehr als 1000 Tonnen DDT- und lindanhaltiges Hylotox 59 sind in
der 1988 in der DDR produziert worden.
Durch das Wirksamwerden des DDT- Verbotes stellte man überall einen kontinuierlichen
Rückgang in Lebensmitteln und im Körperfett fest. Aber auch heute noch mißt man die
Konzentrationen von DDT und deren Abbauprodukte in Böden, da sie sehr langlebig und
deshalb überall in der Biosphäre zu finden sind. [23]
7
Argument gegen das DDT-Verbot:
In tropischen Ländern dient es erfolgreich zur Bekämpfung von Malaria. Durch das Verbot des
Giftes sind jedoch auf der anderen Seite wieder viele Millionen Menschen an Malaria
gestorben. Um die Malariaepedimie einzudämmen, wird deshalb auch heute noch in einigen
tropischen Ländern DDT verwendet.[23]. Es gibt noch keine wirksame und billige Alternative
zu DDT. Einige Anopheles-Arten zeigen zwar inzwischen Resistenz, aber nur in wenigen
Teilen der Malariagebiete.[25]
Tab. 1: Malariaerkrankungen in Ceylon [26]
1946
1961
1962
1963
1964
1965
1966
1967
1968/69
2 800 000
110
31
17
150
308
499
3 466
2 500 000
4. Vorkommen:
Das DDT – Gemisch besitzt eine schwere Abbaubarkeit (Persistenz) im Wasser, Boden und
der Luft. So daß eine Anreicherung in der Nahrungskette unumgänglich ist. Speziell in
Warmblütlern ist es nach der Aufnahme bald im Blutkreislauf nachweisbar, jedoch wird es
nachfolgend von lipoidhaltigen Organen entzogen und in Leber, Gehirn, Fettgewebe u.a.
gespeichert.
Nicht nur in der Pflanzen- und Tierwelt ist die Chemikalie zu finden, sondern auch in
Gebäuden, wo sie vorzugsweise in:
·
·
·
·
Holzoberflächen von Wandverkleidungen, Balken, Türen, Vertäfelungen, Böden,
Fenster und Möbel
Dachstuhl- und Holzkonstruktionen (z.B. Fachwerk)
Hausstaub
Raumluft nachweisbar ist.
Nach einer ARGUK –Studie ist das DDT –Gemisch auch im Hausstaub anzutreffen. Mit Hilfe
der Tabelle soll die Verteilung des DDT in Hausstaub – Proben vom Januar bis Februar 1997
(45 Proben) aufgezeigt werde.
Tab. 2: ARGUK-UMWELTLABOR [18]
(mg / kg)
4,4`-DDT
2,4`-DDT
Median
0,17
0,05
Mittelwert
2,6
0,41
Maximalwert
66,6
8,7
8
4,4`- DDE
0,02
0,2
1,82
Summe
0,25
3,2
77,1
Für die Bewertung existieren nur geringe Informationen und keine amtlichen Vorgaben, so
dass mit den ARGUK- Orientierungswerte (Hausstaub) die Belastungsbereiche eingeteilt
werden:
Tab. 3: ARGUK-UMWELTLABOR [18]
(mg/kg)
Unbelastet
DDT – Gemisch
bis 0,3
Prüfbereich
0,3 – 6
Handlungsbereich
>6
5. Chemismus und physikochemische Eigenschaften
Unter der Abkürzung DDT versteht man Dichlorodiphenyl-Trichloroethan.
Summenformel: C14H9Cl5
Strukturformel:
Durch polare Bindung entsteht ein Elektronensog weg vom mittelständigen C-Atom. Dieser
Elektronensog ist sehr bedeutend, denn mit seinem Sinken fällt auch die insektizide
Wirksamkeit der Substanz. Das zeigt sich, wenn man zum Beispiel die einen starken
Elektronensog verursachende CCl3-Gruppe ersetzt [1]:
- CH 
CCl3
- CH -
>

- CH -
>

CHCl2
CH2Cl
- CH -
>

CH3
Die Darstellung des DDT erfolgt durch Kondensation von Chlorbenzol mit Chloral bzw.
Chloralhydrat [8]:
DDT bildet farblose, geruchlose bis leicht aromatische Kristalle.
Grunddaten:
allgemein:
Siedepunkt:
sehr beständig, widersteht weitgehend meteorologischen und
metabolischen Einflüssen
260°C
9
Schmelzpunkt:
Dampfdruck:
Löslichkeit:
109°C
ca. 20*10-6 bei 20°C
DDT ist wenig flüchtig
minimal wasserlöslich: 3*10-6 g/l bei 20-25°C;
zum Vergleich Gips 2g/l
gut löslich in vielen organischen Lösungsmitteln
in Benzol 780 g/l
sehr gut fettlöslich
DDT ist ein weißes Pulver mit insektiziden Eigenschaften. Eingesetzt wird es hauptsächlich als
Kontaktgift. Es besitzt eine gute Dauerwirkung, seine Anfangswirkung ist dagegen gering [10].
Als Fraßgift wirkt DDT wesentlich schwächer als bei dermaler Aufnahme [1]. DDT wird mit
einer niedrigen akuten Toxizität (Giftigkeit) gegenüber Säugern und anderen Warmblütern
eingestuft. [23]
physiologisch-chemische Nebenwirkungen:
DDT beeinflußt die Speicherung anderer chlorierter Kohlenwasserstoffe in den Geweben und
umgekehrt wird auch die Einlagerung von DDT beeinflußt. Eine solche Wirkung konnte zwar
nicht bei allen Warmblütern festgestellt werden, aber bei Ratten beispielsweise verminderte das
DDT die toxische Wirkung des Rattengiftes Warfarin. Die DDT-Rückstände in unserer
Umwelt könnten somit die Ursache dafür sein, daß die Ratten dem Rattengift gegenüber
unempfindlich geworden sind.[1]
6. Biologische Wirkung / Wirkung auf Insekten
Der Angriffspunkt des DDT ist das Nervensystem. Seine insektentötende Wirkung beruht auf
seiner guten Fettlöslichkeit. Es dringt, aufgrund seiner Eigenschaften als Kontaktgift, durch
die Haut der Tiere in den Körper ein und löst sich in den Lipoiden der Nerven. Während das
DDT aus wässrigen Lösungen erst eindringt, wenn das Wasser verdampft ist, kann in öligen
Lösungen das Mineralöl mehr Schaden verursachen als das DDT selbst.[1]
Wie das DDT in den Körper der Insekten eindringt ist nicht ganz sicher, aber der Chitinpanzer
der Insekten scheint für das Gift undurchlässig zu sein. Somit gelangt das DDT wohl
hauptsächlich über die Sinnesorgane in den Körper, das heißt durch die lipoidhaltigen
Membranen der Tastorgane. Außerdem kann es durch die Gelenkspalten in den Körper
eindringen.[9][10]
Die Empfindlichkeit der unterschiedlichen Teile des Nervensystems ist bei ein und demselben
Organismus verschieden, sensorische Nerven sind bedeutend empfindlicher als motorische
Nerven. Zur Vergiftung kommt es dabei im wesentlichen nicht durch die Schädigung des
Nervensystems, sondern durch eine Störung der Funktionsabläufe.[1].DDT löst im
Insektenkörper Erregungszustände, Krämpfe und Lähmungserscheinungen aus, die schließlich
zum Tod führen [9].
„Von im Wasser lebenden Insekten werden DDT und DDE aus dem Wasser durch passive
Aufnahme über die Kutikula stark angereichert. Zum Beispiel war der DDT-Gehalt in
Libellenlarven nach sechs Tagen 2000 bis 2700 mal höher als der des umgebenden
Wassers.“[Schmidt, 1986]
10
7. DDT-Toleranz
Toleranz ist die natürliche relative Unempfindlichkeit von Organismen gegenüber Pestiziden.
Gründe für DDT-Toleranz sind eine geringe Absorption des Giftes durch eine bestimmte
Morphologie des Insektenkörpers oder eine erhöhte Fähigkeit des Insekts zur Entgiftung zu
DDE, wie es zum Beispiel beim Marienkäfer nachgewiesen wurde.[1]
8. Resistenz
Bei intensiver Anwendung eines Insektizids über längere Zeit kommt es zur Bildung resistenter
Insektenpopulationen. DDT war zu Beginn seiner Nutzung ein absolut wirksamen Insektizid,
inzwischen gibt es jedoch unzählige Insektenarten (u. a. Stubenfliege), die dagegen resistent
sind. Erste Resistenz von landwirtschaftlich-schädlichen Insekten trat schon 1951 auf.[1]
Resistenz bedeutet nicht Gewöhnung an ein Insektizid. Es ist eine Eigenschaft, die sich unter
Einwirkung eines Insektizids mit der Generationsfolge bildet. Innerhalb der Insektenpopulation
gibt es stets einige Individuen, die eine viel höhere Giftdosis vertragen als die Mehrzahl der
Insekten der Population. Diese unempfindlichen (=resistenten) Insekten überleben somit den
Insektizideinsatz und vermehren sich.[9]. Je schneller die Generationsfolge abläuft, desto eher
wird die Population resistent, das heißt, die Mehrzahl der Insekten ist fünf- bis zehnmal
widerstandsfähiger als die Ausgangspopulation.[1]
Entscheidende Voraussetzung der Resistenz ist die Möglichkeit des Abbaus von DDT im
Stoffwechsel. Eine Entgiftung von DDT erfolgt hauptsächlich durch Dehydrochlorinierung,
wobei entscheidend für die Resistenz ist, wie schnell die Umwandlung in das nicht-toxische
DDE abläuft. Außerdem kann auch eine verringerte Empfindlichkeit des Nervensystems
Ursache für eine DDT-Resistenz sein.[1]
Zeit nach Behandlung
Abb.2: Schmidt, 1986
Penetration- (o –o) und Detoxifikationsrate (∆ --∆ ) pro Stunde (y –Achse) von DDT bei der
Hausfliege
S-Stamm = empfindlich
Der Abbau von DDT verläuft langsamer, so dass stets nachweisbare Mengen an DDT im
Gewebe während der gesamten Versuchszeit zu finden waren.
11
Zeit nach Behandlung
Abb. 3: Schmidt, 1986
Detoxifikationsrate (∆ --∆ ) pro Stunde (y-Achse) ist beschleunigt. Dies führt zu einem nicht
messbaren Wirkstoffgehalt im Insekt
R-Stamm = resistent
Die Detoxifikationsrate entspricht der Eindringungsrate, so daß es nicht zur DDTAnreicherung kam.
9. Bedeutung der Lipide
DDT wird bei Warmblütlern im Körperfett gespeichert. Aufgrund der guten Fettlöslichkeit des
DDT kann eine Menge des Giftes vom Körperfett absorbiert und eingelagert werden. Auf
diesem Weg wird das Gift aus dem Nervensystem entfernt, wodurch der Körper entgiftet wird.
Ein hoher Körperfettgehalt vermindert somit die Wirksamkeit des DDT.[1]. Solange das
Körperfett nicht abgebaut wird, bleibt das DDT meist wirkungslos. Kommt es jedoch durch
Hunger, Krankheit oder Diäten zum Abbau größerer Fettmengen, dann steigen die DDTKonzentrationen in Geweben und im Nervensystem stark an.[17]. Das gleiche gilt auch für
Insekten. So sterben Larven, die tolerant gegenüber der DDT-Giftdosis waren, während der
Puppenphase, da sie dann einen großen Teil ihres gespeicherten Fettes verlieren.[1]
10. Toxizität
Bei der Giftigkeit unterteilt man in 2 Kategorien:
1. Akute Aufnahme und
2. chronische Aufnahme.
Beim letzteren erreicht man eine Vergiftung erst, wenn man die Stoffe in geringen Mengen
über einen längeren Zeitraum einnimmt. Die Leber ist bei chronischer DDT- Toxizität das
Zielorgan. Dabei sterben Leberzellen ab oder werden verändert. Bei Mehrfacheinnahmen wird
die Dosis ohne das schädliche Wirkungen auftreten mit 1,5 mg DDT / kg KG und Tag
bestimmt. Bei Sprüharbeitern in Brasilien und Indien ist ein bis zu 15–facher DDT-Blutwert
festgestellt worden. Anfänglich stellte man neurologische Veränderungen fest, welche aber
später nicht mehr prognostiziert werden konnten. So ist evtl. möglich, daß es reversible
Schädigungen gibt.
Im Gegensatz zu zweitens wird bei der akuten Aufnahme eine hohe Menge in kurzer Zeit
aufgenommen. Nur durch Schlucken wurden beim Menschen Vergiftungsanzeichen
festgestellt. Dabei entsteht eine Überempfindlichkeit für Berührungsreize im Mund- und
12
unterem Gesichtsbereich. Die niedrigste berichtete Vergiftungsdosis beträgt bei akuten
Vergiftungssymptomen ca. 6 mg /kg und Tag. Bei höheren Dosen folgen Zungentaubheit,
Schwindel, Krampfanfälle,
Lähmungen,
und das Einwirken hauptsächlich auf das
Nervensystem. Die tödliche Dosis wird auf 250 mg / kg Körpergewicht angesetzt.[23]
Akute Toxizität bei Mensch und Säugetier:
LD50 = 0,1 – 0,5 g/kg Körpergewicht (KG) (oral)
Die tödliche Dosis eines Giftes, die die Hälfte der Organismen einer Testpopulation tötet wird
als LD50 bezeichnet. Je nach Aufnahmemart von DDT ist der LD50 unterschiedlich, bei oraler
Aufnahme ist er wesentlich höher als bei dermaler.[6]
Im menschlichen Körper findet eine Anreicherung (von DDT und DDD) durch die hohe
Halbwertzeit und der geringen Ausscheidmengen statt. [23]
10.1. Einfluß der Temperatur
Die Wirkung von DDT ist stark von der Temperatur abhängig. Bei niedrigen Temperaturen
wirkt DDT viel stärker toxisch als bei hohen. Der Beweis wurde an Bienen erbracht: Die
Bienen wurden bei 36°C mit DDT behandelt und zeigten dabei keine Schädigung. Bei
Abkühlung auf 16°C starben sie jedoch.[1]
11. Richt- und Grenzwerte
TrinkwV:
die Grenzwerte sind unter dem Aspekt des vorbeugenden Gesundheitsschutzes
zu verstehen. Sie haben keine toxikologische Begründung.
Einzelsubstanz:
Summe der Pestizide:
0,1 µg / l
0,5 µg / l
Brandenburgische Liste: Teil 1 enthält Eingreifwerte zur Sanierung kontaminierter Standorte für
Grundwasser. Er untergliedert sich in zwei Kategorien.
Kategorie I erfaßt die Grenzwerte für Wasserschutzgebiete und vorbehaltsgebiete. In Kategorie II sind die höchstzulässigen
Grenzwerte enthalten.
Teil 2 befaßt sich mit Einleitwerten für die direkte Einleitung von
gereinigtem Wasser in den Untergrund.
Teil 1:
Einzelsubstanz:
Kategorie I
0,5 µg / l
0,1 µg / l
Teil 2:
0,5 µg / l
13
Kategorie II
2 µg / l
Trinkwasserleitwerte der WHO:
Die Werte haben eine rein humantoxikologische
Begründung. Eine wichtige Rolle bei der
Berechnung der Leitwerte spielt die toxikologisch
„Duldbare Tägliche Aufnahmemenge„ (ADI).
Zusätzlich werden noch toxikologische Sicherheitsfaktoren (SF) und bei Kenntnislücken Sicherheitszuschläge (SZ) eingerechnet.
DDT: 2,0 µg / l
Holland-Liste:
Werte für organische Chlorpestizide
Tab. 4
Referenzwert
Boden ( mg / kg Trockenmasse )
Einzelsubstanz:
BQ
Summe:
Grundwasser ( µg / l )
Einzelsubstanz:
1/0,01n
Summe:
-
Prüfwert f. nähere
Untersuchungen
Prüfwert f.
Sanierungsunters.
bzw. Sanierung
0,5
1
5
10
0,2
0,5
1
2
n ... Nachweisgrenze
BQ ... Referenzwert der Bodenqualität
Bodenschutz- und Altlastenverordnung:
Wirkungspfad Boden - Mensch (direkter Kontakt): DDT
Prüfwert ( mg / kg Trockenmasse )
Kinderspielflächen:
40
Wohngebiete:
80
Park- und Freizeitanlagen:
200
Wirkungspfad Boden - Grundwasser:
Prüfwert ( µg / l ) DDT:
0,1
In Nahrungsmittel darf der Rückstandsgehalt nicht größer als 1 mg / kg sein.
Nahrungsmittelwerte:
Die WHO (Weltgesundheitsorganisation) legte den ADI-Wert fest (acceptable daily intake).
Dabei geht man davon aus, daß eine lebenslange Zufuhr keine Gefährdung darstellt.
Der Wert ist bei 20 µ g/kg KG pro Tag angesetzt.
Über Tierexperimente folgt durch Labor und Erfahrung beim Menschen eine Festlegung der
Dosis, wo noch keine schädlichen Beeinträchtigungen festgestellt werden. Von dieses Wert
wird meist mit einem Sicherheitsfaktor von 100 minimiert, um so den reellen ADI - Wert zu
erhalten. In diesem von der WHO festgelegtem Wert sind auch Kleinkinder und Schwangere
berücksichtigt. Weiterhin erforscht man die Eßgewohnheiten und legt daraufhin die zulässigen
Höchstwerte in den Lebensmitteln fest.
14
So sind die zugelassenen Höchstmengen z.B. in
Eiern und Eierprodukten auf 0,5 mg/kg Frischgewicht
Milch- und Fleischwaren auf 1,0 mg/kg Fett und
Fischrogenerzeugnisse auf 5,0 mg/kg Frischgewicht festgelegt.
Der letztgenannte höhere Wert beruht auf dem geringen Verzehr von Rogen.
Zum Beispiel nimmt eine 40 kg schwere Person ca. 0,1 µ g / kg KG, also 0,5 % des oben
genannten ADI - Wertes auf, wenn sie pro Tag 2 Liter Wasser trinkt. [23]
Lebensmittelrichtwerte (BGA)
* 1 mg/kg Gewürze, Rohkaffe
* 0,1 mg/kg Gemüse (DDD,DDE), Obst
* 1 mg/kg Fleisch bezogen auf Fettgehalt
EG-Richtlinie Lebensmittel
* 01, mg/kg Obst, Gemüse
* 0,05 mg/kg Getreide
Futtermittel-Verordnung: 0,5 mg/kg für pflanzliche und tierische Fette (Summe aus DDT-,
DDE-, und TDE-Isomeren berechnet als DDT.[29]
EPA-Werte:
0,5 µ g/kg/d oraler Aufnahme
Ein weiterer wichtiger Punkt bei der Feststellung von DDT ist in der Arbeitswelt. Hier werden
von der Deutschen Forschungsgemeinschaft speziell der „Senatskomission zur Prüfung
gefährlicher Arbeitsstoffe„ jährlich die Maximalen Arbeitsplatzkonzentrations – Werte
(MAK-Werte) erarbeitet und überprüft. Dazu zählen Konzentrationen als Dampf, Gas oder
Schwebstoff in der Luft an einem Arbeitsplatz. Dabei geht man davon aus, dass man 8 h pro
Tag und das lebenslänglich dieser Konzentration expositioniert ist und man keine
Beeinträchtigung erleidet.
Dieser MAK-Wert gemessen für den Gesamtstaub (gesamter einatembarer Staubanteil) beträgt
1mg / m3 Luft. Grundlegend muß dann dieser Wert in einem Wohnbereich um das
3-fache niedriger angesetzt sein, da ein Wohnaufenthalt mit 24 Stunden datiert wird und keine
Gefährdung für Kleinkinder, Kranken und Schwangeren zugrunde liegt. Der Vorsorgewert
liegt bei 1,0 µ g DDT / m³ Luft.
In MAK-Liste von 1999 ist DDT nicht als kanzerogen eingestuft (sonst würden andere
Richtlinien zum Tragen kommen). [23]
12. Formulation
DDT wurde als verstäubtes Trockenpulver, als wässrige Verdünnung mit Emulgatoren oder in
organischer Lösung als Spray eingesetzt [17].Die Formulationsart hat einen bedeutenden
Einfluß auf die Giftwirkung des DDT. Die Aufnahme durch Insekten ist bei Spritzpulver, das
aus festen, relativ groben Teilchen besteht, am geringsten. Stärker ist die Aufnahme schon bei
Paste, aufgrund der sehr feinen Partikel, und am stärksten ist sie bei Emulsionen.[1]
Gebräuchlichste Anwendungsform in der Praxis ist die Emulsion. „Dabei handelt es sich um
flüssige Wirkstoffkonzentrate, die einen Emulgator und oft auch organische Lösungsmittel
enthalten.“[Schmidt, 1986]. Der Emulgator dient dabei als Lösungsvermittler, indem er die
Grenzflächenspannung zwischen dem wasserunlöslichen DDT und Lösungsmittel Wasser
15
herabsetzt. Meistens werden die Emulsionen mit Wasser verdünnt, wobei das
Verdünnungsverhältnis vorgeschrieben ist. Aber auch Mineralöle werden als Lösungsmittel
angewandt. Das Lösungsmittel spielt eine entscheidende Rolle für die Wirksamkeit der
Substanz. So ist DDT in Ölemulsion vier- bis sechsmal toxischer als in Wasser.[1]
13. Abbau und Abbauprodukte
13.1. Allgemeines
Die Metabolitisierung der Pestizide kann entweder durch biochemische oder abiotische
Vorgänge erfolgen. Dabei werden die Pestizide durch Oxidation, Reduktion oder durch eine
neutrale Reaktion umgewandelt. Während bei der Oxidation eines Pestizids die
Wasserlöslichkeit seines Metabolites höher ist, ist das Metabolit, welches durch reduktiven
Abbau eines Pestizids entsteht, weniger wasserlöslich als die Ausgangssubstanz. Bei einer
neutralen Reaktion kann die Wasserlöslichkeit in Abhängigkeit davon, wie die chemische
Struktur des Stoffes verändert wird, steigen oder fallen.Die akute Toxizität eines Pestizids
sinkt im allgemeinen mit steigender Wasserlöslichkeit.[7]
13.2. DDT-Abbau
Biochemische Umwandlung
Die Hauptumwandlungsprodukte des DDT sind das DDD und das DDE:
Tab. 5: nach Barbash/ Resek, 1996
Reaktionstyp
Ausgangssubstanz -> Produkt
Art
Reduktive Dehalogenation
Dehydrohalogenation
Reduktion
neutrale Reaktion
DDT -> DDD
DDT -> DDE
Der biochemische Abbau von DDT im Stoffwechsel erfolgt durch Dehydrochlorinierung.
Dehydrochlorinierung ist eine wichtige Reaktion beim Abbau chlorierter Kohlenwasserstoffe.
Es handelt sich dabei um die enzymatische Abspaltung von HCl. Dabei wird in den Insekten
und Bodenorganismen unter aeroben Bedingungen hauptsächlich DDE gebildet. Da DDE nicht
toxisch ist für die Insekten, bedeutet der Abbau zu DDE eine Entgiftung. Unter anaeroben
Bedingungen wird DDT durch verschiedene Mikroorganismen zu DDD umgewandelt. Das
toxische DDD entsteht auch, wenn DDE reduziert wird. Wird DDD dann weiter dechloriert
und oxidiert, bildet sich DDA und nach Dekarboxylierung und Oxidation entsteht
Dichlordiphenylketon.[1]
DDA wurde zuerst in Säugetiergewebe nachgewiesen. Alle Metabolite des DDT, außer DDD,
gelten als nicht mehr toxisch sowohl für Säuger als auch für Insekten.[1]
DDE:
DDE stammt wahrscheinlich fast ausschließlich aus dem Abbau von DDT. Aufgrund seiner
geringen Toxizität für Insekten wird DDE nicht als Pestizid eingesetzt. Mit einen Anteil von
80% der in marinen Organismen enthaltenen chlorierten Kohlenwasserstoffe, ist DDE der
16
häufigste chlorierte Kohlenwasserstoff im Meer. Mit einer Halbwertzeit von zehn Jahren und
mehr ist DDE noch beständiger als DDT. DDE wird für die Verdünnung der Eierschalen, die
bei vielen Vogelarten zu starken Populationsabfällen führte, verantwortlich gemacht.[15]. Die
EPA bezeichnete DDE als eines der gefährlichsten Giftstoffe für die menschliche Gesundheit.
DDD:
DDD besitzt eine gewisse Toxizität für Insekten, für Fische dagegen ist es weniger giftig als
DDT. Es wird somit dort zur Bekämpfung von Insekten angewandt, wo seine geringe
Toxizität für Fische benötigt wird.[15]
Im Labor wurde es auf mineralischem Boden unter aeroben Bedingungen und einer
Temperatur von 30 – 45 °C getestet. Dabei treten Wirkstoffverluste von ca. 30 % nach 150
Tagen auf. Daraus ergibt sich eine Halbwertzeit von <320 Tagen. Auf überfluteten Böden mit
sonst vergleichbaren Bedingungen geht die Halbwertzeit auf <200 Tage zurück.
Allgemein läßt sich sagen, das DDD ein ähnliches Verhalten wie das DDT aufweist und
ebenfalls zu den extrem beständigen Chemikalien gehört. Seine Halbwertzeit entspricht
annähernd der des DDE.
Mikrobieller Abbau des DDT im Boden:
Der mikrobielle Abbau von DDT hängt von 1. der Auftragmenge auf die Felder,
2. deren Temperatur und
3. des Verdampfungsverlustes ab.
Zu 1:
Bei einer DDT-Auftragmenge von < 30 kg / ha beträgt t ½ = 200 bis 500 Tage.
von 30 – 90 kg / ha beträgt t ½ = 400 bis 1400 Tage (1,1 - 3,8 Jahre)
von > 100 kg / ha beträgt t ½ = 600 bis 2000 Tage (1,6 – 5,5 Jahre)
So läßt sich feststellen , daß im Bereich der praxisüblicher Mengen keine Abhängigkeit mit der
verwendeten Dosis vorhanden ist. Nur bei übersteigerter Dosierung ab 30 kg / ha besteht keine
eindeutige Beziehung zwischen der organischen Substanz im Boden und dem Abbau.
Nur bei eine Menge < 30 kg / ha kann sich die t ½ verringern (auf 20 bis 200 Tage), wenn die
organische Substanz bei > 3% liegt.
Zu 2:
Theoretische ergibt sich eine Verkürzung der Halbwertzeit mit steigender Temperatur. Im
unteren Temperaturbereich werden die oben genannten Halbwertzeiten für Feldbedingung
annähernd erreicht.
Zu 3:
In Zonen mit höhere Sonneneinstrahlung steigt auch der Verdampfungsverlust, welcher einen
großen Anteil an dem verschwinden des Wirkstoffes hat. So daß eine Verkürzung der
Halbwertzeit t ½ = 15 bis 120 Tage vorkommen kann.
Bodenmikroorganismen werden durch das Sprühen von DDT nicht negativ beeinflußt.
Unter gut durchlüftetem und mineralischem Boden in der kühl-gemäßigten Zone, gehört das
DDT zu den extrem beständigen Insektiziden.
17
In anaerob gehaltenen Böden verschwindet das Produkt in einer 10-fach höheren Rate als in
einem aeroben Milieu. Seine insektizide Eigenschaft verliert der Wirkstoff auf der Stufe des
DDE. [27]
Abiotische Umwandlung
Ein Abbau von DDT ist auch durch photochemische Prozesse möglich. UV-Licht besitzt die
Fähigkeit, in organischen Molekülen Umwandlungen zu erzeugen. Dabei werden chemische
Bindungen im Molekül aufgebrochen, wodurch dann neue Verbindungen entstehen können.
DDT soll unter Einfluß von UV-Licht sogar relativ schnell zu HCl und CO2 abgebaut werden
[26]. Die mögliche Beteiligung von Mikroorganismen an diesen Prozessen ist noch nicht
geklärt.[1]. Über Abbau- und Transformationsprozesse des Stoffes in der Atmosphäre gibt es
ebenfalls keine gesicherten Daten. Nur im Labor wurden unter simulierten Bedingungen der
höheren Atmosphäre Abbauprodukte wie HCl und CO2 ermittelt.
Die Bodenkultivierung hat ebenfalls einen entscheidenten Einfluß auf den Abbau von DDT.
Auf einer genutzten Ackerfläche wird das DDT schneller abgebaut als auf einer
ungenutzten.[1]
Es ist unbekannt , in welchem Verhältnis biologische und chemische Zersetzungsprodukte
ablaufen. Man kann nur mit Bestimmtheit sagen, das DDT und einige Abbauprodukte sehr
persistenz sind.
14. DDT - ein globales Problem
Mit der großflächigen Anwendung des DDT traten Probleme auf, die es zu einem gefährlichen
Umweltgift werden ließen:
- die Rückstandsbildung
- seine Persistenz
- die Anreicherung in der Nahrungskette
- die weltweite Verbreitung
Durch diese Eigenschaften kamen die schädlichen Nebenwirkungen des DDT und seiner
Abbauprodukte zum tragen, die auch heute, fast 30 Jahre nach seinem Verbot, noch aktuell
sind.
14.1. Persistenz
14.1.1. Rückstandsbildung
DDT ist wie die meisten Pestizide ein Rückstandsbildner. Nach dem Aufbringen entsteht auf
der Pflanze ein Wirkstoffdepot. Dieses Depot wird zum Rückstand, sobald es zur Verdünnung,
zur chemischen Umwandlung oder zur Abwanderung des deponierten Stoffes kommt. Bei der
Umwandlung eines Depot in den Rückstand nimmt die ursprünglich vorhandene
Wirkstoffmenge stetig ab. Außerdem kommt es zur Metabolitbildung. Bedeutend für die
Rückstandsbildung ist die Persistenz eines Pestizids.[1]
18
14.1.2. Persistenz
DDT ist sehr beständig (=persistent) sowohl gegenüber chemischen und biochemischen
Reaktionen in der Natur als auch gegenüber Abbauprozessen im Organismus[10]. Man rechnet
mit einer Halbwertzeit zwischen drei und zehn Jahren. Einerseits ergibt sich aus dieser
Persistenz eine langanhaltende insektizide Wirkung. Auf der anderen Seite kommt es zum
einen im Zusammenhang mit der Speicherung im Fettgewebe der Organismen zur
Anreicherung der Rückstände in der Nahrungskette und zum anderen zu einer globalen
Verbreitung, so dass DDT heute selbst im Eis der Antarktis oder im Körperfett der Eskimos in
Alaska zu finden ist, in Gebieten also, in denen es nie angewendet wurde.[17]
DDT im Wasser:
Der Abbau von DDT im Wasser ist stark vom pH-Wert abhängig.
Für pH=7 und einer Temperatur von 27°C berechnete man eine Halbwertzeit von ungefähr
acht Jahren.[1]
DDT im Boden:
Die Persistenz des DDT nimmt mit steigendem Humusgehalt im Boden zu. Der Abbau läuft
unter anaeroben Bedingungen schneller ab als unter aeroben. Die Halbwertzeiten von
Pestiziden im Boden sind abhängig von der Bodenart unter wechselnden Klimabedingungen.[1]
Beispiele für die Halbwertzeit einiger Insektizide im Boden:
Tab. 6: Schmidt, 1986
Heptachlor
Lindan
Dieldrin
DDT
ca. 8 bis 10 Monate
ca. 12 bis 20 Monate
ca. 27 Monate
ca. 30 Monate
„DDT konnte noch sieben Jahre nach seiner Anwendung im Boden in meßbaren Mengen, bis
zu 75% der angewandten Menge, nachgewiesen werden.“[Pfeiffer, 1956]
DDT-Anreicherung in Organismen (Beispiele)[1]:
(1) DDT, in einer Konzentration von 0,1 ppb im Wasser, kann von Austern innerhalb von
40 Tagen um ein 70 000-faches angereichert werden.
(2) Aus mit 1 ppm DDT kontaminierten Boden reicherten sich in Regenwürmern
in
zehn Wochen 18 ppm DDT an. Zum Vergleich: Aus einen Boden mit 1 ppm Lindan
wurden in den Regenwürmern maximal 1,1 ppm Lindan angereichert.
DDT-Anreicherung in der Nahrungskette (Beispiel):
Tab. 7: Schmidt, 1986
Anreicherungsfaktor:
DDT-Konzentration im Wasser
0,22 ppb
Endkonzentration in Mosquito-Larven
1,8 ppm
Endkonzentration
in
Mosquito-Larven19
8 000 durch direkte Penetration
fressenden Fischen
18,6 ppm
85 000 über die Nahrungskette
In den fischfressenden Vögeln kommt es dann zu einer weiteren Konzentration der DDTRückstände. Oft steht auch der Mensch am Ende der Nahrungskette. Durch DDT-Rückstände
besteht normalerweise keine akute Vergiftungsgefahr für Säugetiere. Die Rückstände bleiben
jedoch über Jahre hinweg toxisch, was durch eine Anreicherung in der Nahrungskette zu
chronischer Vergiftung führt.[1]
Von den Einwohnern der BRD können, abhängig vom Lebensalter, bis zu 10 ppm DDT
gespeichert werden:
Abb. 4: Schmidt, 1986
DDT- und DDE- Gehalte im Körperfett der Einwohner der BRD in den Jahren 1958-1959
14.2. Transport in Boden, Wasser und Luft
Durch Sprühen von DDT werden nicht nur die Zielobjekte, die Schadinsekten, getroffen.
Große Mengen an DDT gelangen ebenso in den Boden und auf die Pflanzen. Die Aufnahme
des DDT über die Blätter ( Kutikula ) der Pflanzen wurde nicht nachgewiesen. Das Insektizid
wird somit von den Pflanzen nur durch Abwaschen entfernt und gelangt schließlich ebenfalls in
den Boden. Dieses Entfernen braucht eine gewisse Zeit. Um eine hohe DDT-Belastung des
Erntegutes zu vermeiden, mußte eine vorgeschriebene Wartezeit, der Zeitraum zwischen der
letzten Ausbringung des Insektizids und der Ernte der behandelten Pflanze, eingehalten
werden. Diese Wartezeit ist vom Klima abhängig, für Deutschland wurden festgelegt ( von
1968 )[1]:
Pestizid
DDT
Wartezeit im Freiland ( Tage )
Obstbau
Gemüsebau
42 (S)
30 (S)
S ... Sonderregelungen
20
Ackerbau
30
Abb. 5: Barbash/ Resek, 1996
Wege der Pestizide in, durch und aus dem Untergrund in landwirtschaftlichen Regionen
DDT im Boden kann von dort wachsenden Pflanzen über die Wurzeln absorbiert werden. Die
Wirkstoffe und Metaboliten gelangen meist durch passiven Transport mit dem Massenstrom
des Wassers aus dem Boden in die Pflanzen.[2]
Der Weitertransport von Schadstoffen aus dem Boden ins Grundwasser ist abhängig von der
Nutzungsintensität des Bodens, der Bodenart, der Mächtigkeit der Deckschichten und der
Beschaffenheit des Aquifers. Variabilität von Körnung, Humusgehalt, pH-Wert und
Wasserbindungsvermögen des Bodens beeinflussen das Sorptions-, Abbau- und
Verlagerungsverhalten der Wirkstoffe. Physikalische Prozesse, die die Aufnahme und
Verlagerung eines Wirkstoffes und deren Abbau im Boden bestimmen, sind Sorption und
Einschluß in Poren. Durch chemische und biologische Prozesse können die Stoffe
umgewandelt werden. Adsorption führt zu einer substanz- und bodenspezifischen Verteilung
zwischen den Wirkstoffen, die von Feststoffen des Bodens adsorbiert wurden, und den in der
Bodenlösung vorliegenden Wirkstoffen. Temperatur und Niederschlag sind direkt und indirekt
für die Pflanzenschutzmittelverlagerung im Boden von Bedeutung. Die Höhe der
Sickerwasserbildung, die vom jahreszeitlichen Verlauf der Temperatur und des Niederschlags
abhängig ist, bestimmt direkt das Ausmaß der Verlagerung. Die Temperatur beeinflußt
hauptsächlich die Adsorption und die Desorption.[2]
DDT ist eine organische Verbindung. Seine chemische Struktur ähnelt somit stärker der von
natürlicher organischer Materie als der von Wasser, wodurch es eine starke Affinität zu
organischer Materie besitzt. Es ist also hydrophob.[7]. Böden mit einem hohen Anteil an
organischer Substanz können den Transport des DDT somit besser verhindern als Böden ohne
organischem Material.[6]
Aufgrund seiner starken Affinität zu organischer Materie wurde angenommen, dass DDT
immobil im Boden bleibt. Sein regelmäßiger Nachweis im Grundwasser jedoch zeigt, dass die
Affinität an organisches Material ein unzuverlässiger Hinweis darauf ist, ob ein Stoff aus dem
Boden ausgewaschen werden kann oder nicht. Ursache hierfür ist das Auftreten eines
21
Transportes entlang bevorzugter Fließpfade. Der Untergrund, in dem sich das Wasser bewegt,
ist kein homogen aufgebautes poröses Medium. Es gibt Bereiche mit relativ hoher hydraulicher
Leitfähigkeit. Entlang dieser Fließpfade kommt es zu einer schnelleren Bewegung der
Substanz, während die Bereiche mit schlechterer hydraulicher Leitfähigkeit umgangen werden,
wodurch viel der sorptiven Kapazität des Mediums umgangen wird. Auf diese Weise gelangt
DDT, gebunden an sehr kleine Partikel wie Kolloide, Viren und Bakterien, viel schneller in den
Untergrund als bei einem homogenen Medium. Der Transport der Substanz im Untergrund
erfolgt in Form von Advektion und hydrodynamischer Dispersion (= zusammengesetztes
Ergebnis von mechanischer Dispersion und molekularer Diffusion ).[7]
Der Eintrag von Schadstoffen ins Wasser kann über Oberflächenabfluß, Dränagen und
Versickerung erfolgen. Gegenüber dem Oberflächenabfluß haben Dränagen nur eine
untergeordnete Bedeutung, da nur wenige landwirtschaftliche Nutzflächen dräniert sind. Die
Art wie ein Pflanzenschutzmittel in das Gewässer gelangt und die Eigenschaften des Gewässers
sind wichtig für das Verhalten des Stoffes. Wird das Pflanzenschutzmittel in sorbierter Form
eingetragen, wird es mit den Partikeln an die es gebunden ist ( Boden- oder Staubpartikel ) im
Wasser verteilt. Je nach Partikelgröße und Fließgeschwindigkeit wird es auf dem Grund des
Gewässers sedimentiert oder in suspendierter Form im Gewässer transportiert.[2]
Die Verdünnung des Schadstoffes im Wasser ist ein entscheidender Vorgang zur
Konzentrationsverminderung. Dies wird erreicht durch einen anhaltenden Wasserzufluß und
eine Verteilung der Stoffe mit der Strömung. Der Schadstoff wird aber dadurch nicht
abgebaut. Bei der Verteilung des Pflanzenschutzmittels zwischen dem Wasser und dem
Sediment spielt die Adsorption an das Sediment und an suspendierte Partikel eine bedeutende
Rolle. Durch die Adsorption ist die Wirkstoffkonzentration im Sediment oft höher als im
Wasser. Die Adsorption spielt eine entscheidende Rolle bei der Konzentrationsverminderung,
der Vorgang ist aber umkehrbar, so dass noch lange Zeit nach der Kontamination des
Gewässers Rückstände in das Wasser übertreten. Die Desorption verläuft in der Regel
langsamer als die Adsorption.[2]
Eine weitere Rolle beim Verhalten von Pflanzenschutzmitteln in Gewässern spielt die
Absorption. Die Wirkstoffe können über die äußere Hülle oder über das Wasser und die
Nahrung von Organismen aufgenommen werden und können sich so in den Lebewesen
anreichern. Beim Stofftransport im Grundwasser sind die Anteile von konvektiv-dispersiven
Transport, Adsorptions- und Abbauvorgänge zu berücksichtigen.[2]
Durch das Grundwasser und mit den Oberflächenwässern gelangt das DDT schließlich in die
Meere. Hier wird es von Plankton und Wassertieren aufgenommen und zum Teil extrem
angereichert. Besonders gefährdet sind Flußmündungen, so reicherten zum Beispiel Muscheln
an der Küste von Texas DDT bis zu 2000fach an.[1]
Durch das Sprühen von Pflanzenschutzmitteln kann es zur Abtrift der Flüssigkeit kommen und
zum Transport durch Luftbewegungen oder Thermik über eine gewisse Entfernung. Trotz
seiner geringen Flüchtigkeit verdampft DDT von Pflanzenoberflächen oder vom Boden.
Volatilierte Pflanzenschutzmittel stellen für die bodennahe Erdatmosphäre eine
Kontaminationsquelle dar und können, wie im Falle des DDT zu einer weltweiten Verbreitung
über den Luftpfad führen.[2]. Wird DDT als Pulver oder Granulat aufgetragen, kann es leicht
ausgeblasen und vom Wind transportiert werden. Die Kontamination der Atmosphäre hat eine
Verunreinigung des Niederschlagswassers zur Folge und damit auch eine Verschmutzung von
Boden und aquatischen Systemen [2]. Die atmosphärische Ablagerung des DDT durch
22
Abregnen tritt weltweit auf.[1]. Sie ist annähernd gleich auf der Landoberfläche aktiver
Landwirtschaftsgebiete und auf abgelegenen Gebieten [1].
14.3. Wirkung auf Nicht-Zielobjekte
DDT wird im Körper der Säuger speziell in Organen gespeichert, die reich an Fettsubstanz
sind, wie z. B. Nebennieren, Hoden, Schilddrüse, aber auch Leber, Nieren und Darmgewebe.
In diesen Organen wird das DDT angesammelt. Durch den langsamen Abbau kommt es zu
chronischer Vergiftung und zu degenerativen Veränderungen.[4]
DDT kann Leberschäden verursachen, die dann wiederum Auswirkungen auf den Körper
haben. Es kann zu Schwankungen im Hormongleichgewicht kommen. Eine Folge davon kann
Krebs in den Fortpflanzungsorganen sein. ( Ein zu hoher Östrogenspiegel kann zu
Gebärmutterkrebs führen). Arbeitet die Leber nicht mehr richtig kann das Vitamin B, dass
Schutz gegen Krebs bietet, nicht mehr verarbeitet werden. Dadurch erhöht sich die Gefahr
einer Krebserkrankung. DDT hemmt außerdem Enzyme, die am Oxydationszyklus beteiligt
sind, entzieht den Zellen damit den Sauerstoff und blockiert den Vorgang der
Energieerzeugung. Dadurch kann es zu Mißbildungen kommen oder die Zellen wandeln sich
wegen des Sauerstoffmangels in Krebszellen um.[4]
DDD, ein Abbauprodukt des DDT, reichert sich ebenfalls im Organismus an. Es kann einen
Teil der Nebenniere, die Rinde zerstören. Dadurch wird deren Funktion gehemmt und wichtige
Hormone können nicht mehr erzeugt werden.[4]
Bei Pflanzen führt DDT zu einer Verzögerung des Wachstums oder einer Hemmung des
Sämlingswachstums. Besonders empfindlich sind Bohnen, Weizen, Gerste und Roggen. DDD
behindert bei Pflanzen die stickstoffverarbeitende Bakterien, und bei Hülsenfrüchtlern die
notwendigen Wurzelknöllchen zu bilden.[4]
14.3.1. Wirkung auf Vögel, Fische und Nutzinsekten
DDT beeinflußt die Fortpflanzung von Vögeln ungünstig, auch wenn es keinen Schaden bei
den Vogeleltern anrichtet. Es lagert sich in den Hoden und den Eierstöcken an und kann so
eine Unfruchtbarkeit der Vögel verursachen. Das Gift kann auch im Eidotter gespeichert
werden und so den Embryo ernähren. Über die Nahrung ist es möglich, daß Vögel eine
tödliche Giftdosis zu sich nehmen, welche zum Verlust des Gleichgewichts führt, Zittern und
Krämpfe verursacht und die Vögel schließlich tötet.[4]. Raubvögel, die sich von Fischen
ernähren, sind als Endglieder der Nahrungskette am stärksten betroffen: DDE gefährdet die
Calciumkarbonat-Bildung der Vögel. Dadurch werden die Eischalen so stark verdünnt, dass
die Vögel ihre Eier beim Ausbrüten zerbrechen. Als Folge davon sanken die
Vogelpopulationen in den DDT-verseuchten Gebieten stark ab.[1]
Fische, vor allem die Jungtiere, sind besonders durch chlorierte Kohlenwasserstoffe gefährdet.
DDT kann bei ihnen u.a. zu Blindheit führen. Weitere Symptome einer DDT-Vergiftung sind
ziellose Bewegungen, Luftschnappen an der Oberfläche, Zuckungen und Krämpfe.[4]
Wenn DDT großflächig gesprüht wird, trifft es natürlich nicht nur die Insekten, die vernichtet
werden sollen, sondern auch alle anderen in dem Gebiet lebenden Insekten. Für eine Reihe
23
dieser Insekten ist DDT aber toxischer als für die Tiere, die bekämpft werden sollen. Dadurch
sterben bei der Insektenbekämpfung mit DDT u.a. auch viele Nutzinsekten.[4]
14.3.2. Biologische Wirkung im menschlichen Körper
à Gesundheitliche Wirkung
· Verdacht auf kanzerogenes Potential (krebserzeugend)
· allgemeine Mattigkeit
· Erbrechen
· Schwindelgefühl
· Kopfschmerzen
· Muskelschwäche
· Atembeschwerden
· Übererregbarkeit
· Nervengiftigkeit beim Menschen derzeit nicht nachgewiesen
· Herz- Rhythmusstörungen
· Atemlähmung und Krämpfe
· Verweiblichung durch die Ähnlichkeit des weiblichen Östrogenes
Normale Menschen speichern durchschnittlich 5,3 - 7,4 ppm DDT im Körper, Landwirte, die
DDT sprühen bis zu 17,1 ppm, und Arbeiter von Insektizidfabriken können bis zu 648 ppm
einlagern.[4]
DDT greift beim Menschen das Zentralnervensystem an. Hauptsächlich betroffen sind dabei
Abschnitte des Kleinhirns und motorische Rindenfelder. Die Auswirkungen davon sind
abnormale Sinnesempfindungen wie Prickeln, Brennen, Jucken, Zittern oder Krämpfe sind
weitere Folgen. Außerdem häufen sich Müdigkeit, Schweregefühl, Gliederschmerzen, äußerste
Reizbarkeit, Widerwillen gegen jegliche Form von Arbeit, das Gefühl unfähig zu sein
einfachste Denkaufgaben zu bewältigen, Muskelschwäche, Anfälle nervöser Gespanntheit,
Schlaflosigkeit, überreizte Nerven und akute Angstzustände. DDT kann vor allem Leukämie
verursachen, da es hauptsächlich Zellen angreift die sich lebhaft teilen. Das sind z. B. Zellen im
Gewebe, die Blutkörperchen bilden, also Knochenmark und Lymphknoten. DDD wird klinisch
zur Behandlung einer seltenen Krebsform, die sich in der Nebenniere entwickelt, eingesetzt.
[4]
14.3.2.1. Aufnahmewege
Welche Wirkung das Insektizid auf den Organismus ausüben kann, hängt von den
verschiedenen Aufahmewegen ab. Dabei unterscheidet man:
1. oral
Eine Aufnahme des Pestizides (DDT sowie DDE) erfolgt hauptsächlich durch den Mund (oral)
über Lebensmittel. Über den natürlichen Weg gelangt es dann weiter über Darm, Leber und
Blut ins Fettgewebe, wo es dann gespeichert wird. Da der Mensch am Ende der Nahrungskette
steht, sind die DDT – Gehalte in der Muttermilch wesentlich höher als in der Kuhmilch.
Weiterhin nehmen am Boden spielende Kleinkinder Hausstaub (DDT – haltig) über den Hand –
Mund – Kontakt auf.
24
2. dermal
Im Gegensatz zu der oralen Einnahme ist die Aufnahme über die Haut bei weitem nicht so
hoch. Die Resorptionsquote bei Menschen beträgt ca. 10 %, wobei die beteiligten Zusatzstoffe
eine große Bedeutung besitzen.
3. inhalativ
Auch die Reaktionen im menschlichen Körper fallen geringer als die der oralen Aufnahme aus.
[23]
14.3.2.2. DDT gefährdet Männlichkeit
Seit einigen Jahren wird diskutiert, ob die Rückstände von DDT nicht auch eine hormonelle
(= endokrine) Wirkung auf die Lebewesen ausübt. Schon seit den sechsiger Jahren sind die
negativen Auswirkungen auf die Geschlechtsorgane von Forschern, die sich mit hormonellen
Wirkstoffen beschäftigen, beschrieben worden. Dabei fanden sie heraus, daß das Pestizid DDT
eine östrogene Wirkung auf den Körper ausmacht. Mit Hilfe von Tierversuchen speziell bei
Vögeln, Ratten und Hunden wurde dies bewiesen.[16]
Endokrine Wirkung:
Im menschlichen wie auch im tierischen Organismus ist das endokrine System ein Komplex
aus körpereigenen Organen und Geweben, deren Aktivität durch chemische Botenstoffe
(Hormonen) gesteuert werden. Besonders das natürliche Hormon Östrogen, welches bei
weiblichen und männlichen Lebewesen vor allem die Sexualentwicklung und das sexuelle
Verhalten regelt, wird derzeit genauer unter die Lupe genommen. Da verschiedene
Chemikalien wie das DDT, die Wirkung von Östrogen nachahmen oder zerstören. Hormone
reagieren schon bei sehr geringen Konzentrationen und in sensiblen Entwicklungsphasen
(Embryonalentwicklung) auf Veränderungen. Die aufgetretenen Schäden sind irreversibel und
können auch erst bei den Nachfolgern oder bei einem ausgewachsenen Organismus in
Erscheinung treten.[16]
Östrogene Wirkung
Die östrogene Wirkung von DDT beruht auf den Metaboliten p,p`- DDD und – DDE , aber
hauptsächlich auf dem o,p`- DDT –Isomer, dessen Anteil ca. 20 % des technisch hergestellten
DDT ausmacht. Dabei werden die genannten Moleküle dieser Stoffe an zelluläre
Kontaktstellen für das weibliche Östrogen gebunden und ahmt daraufhin diese Wirkung nach.
Insbesondere bindet sich das DDE an die Partnermoleküle für das männliche
Geschlechtshormon, so daß diese nicht mehr aktiviert werden. So kann es zu Missbildungen an
den Geschlechtsorganen kommen, die bei Versuchstieren als auch bei wildlebenden Alligatoren
festgestellt worden sind. Schlußfolgerungen auf den Menschen können noch nicht getroffen
werden.[16]
Einerseits ist die Belastung mit endokrinen Stoffen sehr gering, andererseits reicht auch eine
geringe Konzentration aus, um die entscheidenden Rezeptoren zu blockieren. Eine andere
Möglichkeit besteht ebenfalls, das sich nämlich die verschiedenen endokrin wirksamen
Schadstoffe in ihrer Wirkung verstärken. Diese Verstärkung kann auch den Menschen
betreffen, da er in seiner „toxischen Gesamtsituation„ vielen Chemikalien ausgesetzt ist. [16]
25
14.3.2.3. DDT in der Muttermilch
Trotz des DDT–Verbotes vor 25 Jahren weisen nicht nur importierte Nahrungsmittel, sondern
auch heimische Produkte immer noch Spuren von DDT und deren Abbauprodukte auf.
Die damals eingesetzten Mengen haben sich in der Zwischenzeit global verteilt (auch in der
Antarktis). So reichern sie sich in der Nahrungskette an, an deren Ende der Mensch steht.
Erfreulicher Weise kann man jedoch von einem kontinuierlichen Rückgang der DDT–
Konzentration im Milchfett seit dem Giftverbot sprechen. Nur in den neuen Ländern findet
man noch eine doppelt so hohe Konzentrationen in den Muttermilchbefunden. Diese sind auf
das langjährige Verwenden des Pestizides in den Ostblockstaaten zurückzuführen.[16]
Zum Vergleich sind hier 3 Staaten mit einem durchschnittlichen DDT- Gehalt im Jahre 1975
aufgeführt [16]:
Indien 19,5 mg / kg Milchfett
BRD 5,3 mg / kg Milchfett
DDR 11,5 mg / kg Milchfett.
Diese Werte liegen alle über der genannten Höchstmenge für tierische Milch von 1 mg / kg
Fett. Daraufhin war es von Vorteil, die Stillzeit auf einige Monate herunter zusetzen.
Auf Grund des Verbotes von DDT sank die Konzentration in der Muttermilch stetig:
Tab. 8.: [16]
DDT + DDE
(mg / kg Fett)
1975
5,3
1981
1,91
1984
0,98
1991
0,583
1994
0,367
Um ein genaueres Maß für die Schadstoffaufnahme eines 5 kg schweren Säuglings zu erhalten,
geht man von 25 g Milchfett pro Tag aus. Als Vergleich sind wieder Indien mit
100 µ g / kg KG, BRD 26,5 µ g / kg KG und DDR 57,5 µ g / kg KG im Jahre 1975 zu nennen.
Die Abnahme in den folgenden Jahren in der BRD sind in der nachfolgenden Tabelle
aufgeführt.
Tab. 9: (Aufnahme von µ g / kg Körpergewicht) [16]
DDT + DDE
1975
1981
1984
BRD
26,5
10
5
1991
3
1994
1,8
So ist die DDT- Konzentration innerhalb von 15 Jahren um insgesamt 81 % gesunken. Wenn
man diesen Trend fortführen würde, dürfte es noch ca. 40 – 50 Jahre dauern, bis die
Mittelwerte von DDT in der Muttermilch unter der Nachweisgrenze liegen. [16]
14.3.2.4. DDT im Blut
Wie schon erwähnt, beträgt die durch Umwandlung des vor Jahrzehnten ausgebrachten DDT
nur noch 10% und sein Metabolit DDE erreicht heute einen Anteil von 90% aus der Summe
von DDT und DDE. Aus diesem Verhältnis (1:9) erhält man einen Anhaltspunkt für die Art der
Belastungsquelle, d.h. über die Nähe der DDT- Quelle. Die heutige Belastung von DDE bei
Neugeborenen liegt ca. 30 % niedriger als vor 10 Jahren.[16]
Die Giftstoffe werden über die Plazenta von der Mutter an das Ungeborene weitergegeben,
jedoch ist die Konzentration bei weitem nicht so hoch wie im mütterlichen Blut. Erst mit dem
26
Alter nimmt die Konzentration im Blut stetig zu, so muß bei medizinischen Befunden
Rücksicht auf das Alter genommen werden und jeweils andere Referenzdaten zugrunde gelegt
werden. Darunter versteht man den oberen Normbereich unter dem 95 % der in der
“Bevölkerung im jeweiligen Altersabschnitt gemessenen Werten liegen.”[16]. Mit diesem
altersabhängigen Wert läßt sich allerdings noch nichts über den gesundheitlichen Zustand der
Bevölkerung sagen. [23]
15. Analysenmethoden
Für eine schnelle Vorortanalytik von Wasserproben nutzt man Immuno assays. Sie hängen von
der Messung der Bindungsplatzbesetzungen durch die Analyten ab. Diese Besetzung von
Antikörperbindungsplätzen durch die Analyten reflektiert die Analytenkonzentration. Mittels
einer Hilfssubstanz oder eines Tracers wird die Antikörperbesetzung geschätzt. Je höher die
Analytenkonzentration ist desto weniger Tracerteilchen werden an den Antikörperplätzen
gebunden und desto schwächer ist die Farbentwicklung. Eine starke Farbentwicklung zeigt an,
daß viele Tracerteilchen gebunden werden konnten, da die Belastung der Probe durch
Schadstoffe gering ist. Für die Analytik verwendet man Teströhrchen, deren Innenwände mit
spezifischen Antikörpern beschichtet sind, wobei jedes Röhrchen die gleiche Menge an
Antikörpern enthält.[3]. Die Probenlösung mit den Analyten wird in ein Teströhrchen gegeben.
Danach wird ein Enzymkonjugat, eine Lösung von Analyten, die mit dem Enzym kovalent
gebunden sind, dazugegeben. Die Analyten aus der Probenlösung und die EnzymkonjugatMoleküle konkurrieren nun um die Bindungsplätze an den Antikörpern. Nach einer
Inkubationszeit von etwa 10 Minuten hat sich ein Gleichgewicht eingestellt. Als Nächstes folgt
das Waschen, um alle nicht an die Antikörper gebundenen Teilchen zu entfernen. Anschließend
fügt man der Probe ein Substrat A (Chromogenlösung) und ein Substrat B hinzu. Die Enzyme
katalysieren die Reaktion von Substrat A mit Substrat B, wobei aus einem farblosen Molekül
ein blaues entsteht. Nach einer Reaktionszeit von 2,5 Minuten gibt man eine Stoplösung zu.
Die Säure der Stoplösung zerstört die Enzyme und bricht die Reaktion ab. Dabei kommt es
zum Farbumschlag von blau nach gelb. In einem Photometer wird die optische Dichte der
Lösungen bei 450 nm gemessen, die Werte aufgezeichnet und interpretiert.[24]
Mit Immuno assays erhält man Aussagen über die Stärke der Schadstoffbelastung. Um
Aussagen über die einzelnen Schadstoffe machen zu können, ist eine Analyse mittels
Gaschromatographie-Massenspektrometrie notwendig.[3]
Gaschromatographie: Die Probe wird mit einer Injektionsspritze in das Probeneinlaßsystem des
Gaschromatographs eingebracht. Danach durchläuft die Probe ein gewickeltes Rohr, die
Trennsäule. Hier werden die Stoffe voneinander getrennt. Dieser Vorgang beruht auf der
unterschiedlichen Löslichkeit der Komponenten. Die einzelnen Stoffe treten nach
verschiedenen Retentionszeiten aus der Säule aus und werden durch einen Detektor registriert.
Das Gaschromatogramm zeigt die Signale als Peak in Abhängigkeit von der Retentionszeit.
Die Peakfläche ist dabei ein Maß für die Menge der jeweiligen Komponente. Zur
Identifizierung der Komponenten kann man die Massenspektrometrie verwenden.
Massenspektrometrie: Die Probe wird verdampft und ihre Atome oder Moleküle werden in der
Ionenquelle ionisiert und durch elektrostatische Felder beschleunigt. Anschließend wird ein
gebündelter Ionenstrahl ausgeblendet. Er wird nach dem Passieren der massentrennenden
Feldanordnung ( elektrische und / oder magnetische Felder ) in Teilstrahlen zerlegt. Diese
werden entsprechend ihres Masse-zu-Ladungsverhältnisses ( m / z ) abgelenkt und mit einem
27
Detektor registriert. Es werden die relativen Anteile und die Massen der Komponenten
gemessen. Die Nachweisgrenze für DDT, DDE und DDD liegt bei etwa 1 ng / l.[5]
16. Grundwasserreinigungsanlage zur Sanierung eines DDT- und CKWSchadens an einem Industriestandort 9600m³ Reinigungsleistung pro Tag
Standort: Norditalien Lago Maggiore
Einleitung:
DDT zusammen mit Eisenverbindungen und Chlororganika strömten von dem
Produktionsstandort bis in den See Maggiore. Dabei sanken die Schadstoffe zu Boden und
reicherten sich im Schlamm an.
Über die von Seefischen aufgenommenes Plankton gelangen die Pestizide in unsere
Nahrungskette und werden bevorzugt im Fettgewebe gespeichert.
Zielsetzung:
Durch 4 Entnahmebrunnen soll die Schadstofferfassung am Schadensursprung ermöglicht
werden. Anhand der guten Durchlässigkeit des Grundwasserleiters ist mit einer
Gesamtförderleistung von ca. 400 m³ / h zu rechnen.
Das Grundwasser wird über eine Reinigungsanlage geleitet und anschließend der Vorflut
zuführen. In dieser Anlage müssen die Ausgangskonzentrationen auf die Grenzwerte
erniedrigt werden.
à DDT bis auf 0,05 mg / l (ppb)
à Chlororganika bis auf 50 mg / l (ppb)
à Eisenverbindungen bis auf 0,05 mg / l (ppm)
Behandlungsprinzip:
In 3 Schritten wird die Grundwasseraufbereitung eingeteilt.
1a: Flockung / Fällung
· Eliminierungsgrad 90 % für Eisen
· Eliminierungsgrad 90 % für DDT
à Modul Enteisenung in der wässrigen Phase
1b: Mehrschichtfiltration
· Eliminierungsgrad 99% von Eisen
à Katalytische Enteisenung im Feststoffliter
2. Desoprtion / Adsorption
· Eliminierungsgrad 99% für CKW
· à Wasser – Luft Strippung und
à Adsorption der beladenen Strippabluft auf Aktivkohle
3. Aktivkohlefilterung
* Eliminierungsgrad 99% für DDT
28
à Aktivkohleadsorption
Erste Ausbaustufe erfolgt mit zwei parallelen Strängen zu je 100m³/h und zweite Ausbaustufe
mit 3 Strängen auf 400 m³ / h.
Die hier beschriebene Anlage läuft vollautomatisch und ist mit einer SPS und
Prozeßvisualisierung ausgestattet. [21]
17. Beispiele für DDT in der Nahrungskette
Die Bedeutung von DDT-Rückständen in der Fauna von Flußmündungen
Um Rückstände von organischen Chlorkohlenwasserstoffen in der Fauna von Flußmündungen
zu ermitteln, wurden Gewebeproben dieser Tiere mittels Gaschromatographie mit
Elektroneneinfangdetektor analysiert. Die erhaltenen Daten zeigen, daß der
Verschmutzungsgrad der Flußmündungen im Zusammenhang mit der Intensität der
Landwirtschaft im Einzugsgebiet der Flüsse steht. Die Analysen zeigten Rückstände von DDT,
DDE oder DDD im Bereich von 10 - 200 µg / kg. Gelegentlich wurden in Fischen auch
Rückstände im Bereich von 10 - 20 µg / g gefunden. Daraufhin wurden Experimente
durchgeführt, um die Auswirkungen von DDT-kontaminierter Nahrung auf Fische zu
bestimmen. 2 bis 5 µg / g DDT in der Nahrung führten im Labor zu 35 - 100 % Sterblichkeit
der Tiere. Es war kein Zusammenhang zwischen der Menge an DDT-Rückständen und der
Größe der Tiere oder dem Zeitraum, in dem sie sich von dem kontaminiertem Futter ernährten,
festzustellen. Experimente und Beobachtungen haben gezeigt, daß die weitverbreitete
Pestizidverschmutzung einen bedeutenden Rückgang in der Produktivität der Fauna von
Flußmündungen verursacht. Überlebende Tiere, die resistent gegenüber den Pestiziden sind,
reichern Rückstände im Körper an und übertragen tödliche Mengen davon in die
Nahrungskette.[13]
Eintrag von Giftstoffen ins Wasser und die Aufnahme in den Nahrungskreislauf am
Beispiel des Clear Lake in Kalifornien
Der Clear Lake liegt im Bergland ca. 145 km nördlich von San Franzisko und ist ein beliebtes
Ziel für Angler gewesen. Die Umgebung des Sees bietet günstige Lebensbedingungen für eine
kleine Mücke, die aber kein Blutsauger ist und die als erwachsenes Tier wahrscheinlich gar
nichts frißt. Die Fischer und Urlauber fanden die Mücke allein wegen ihrer Anzahl lästig und so
begann man 1949 die Bekämpfung der Mücke mit DDD. Das Insektizid wurde 1:70 Millionen
mit Wasser verdünnt angewandt. Bis 1954 hatte man Ruhe vor den Mücken, danach mußte
erneut gesprüht werden. Diesmal wurde das Insektizid 1:50 Millionen verdünnt. Im darauf
folgenden Winter gab es erste Hinweise darauf, daß auch andere Lebewesen in Mitleidenschaft
gezogen wurden waren. Der Westtaucher, ein Vogel, der wegen des Fischreichtums im See ein
Wintergast hier war, ging ein und hunderte Tiere verendeten. Nachdem die Mückenpopulation
sich ein zweites Mal erholte, startete man 1957 einen dritten Angriff auf die Mücken. Dabei
gingen weitere Westtaucher zu Grunde. Es gab keine Hinweise auf Infektionskrankheiten, aber
als man das Fettgewebe der Vögel untersuchte, stellte man DDD-Werte von 1600 ppm fest,
obwohl die Höchstkonzentration im Wasser nur 0,02 ppm betrug. Durch weitere
Untersuchungen stellte man fest, daß sich das Gift über die Nahrungskette angereichert hatte.
In Plankton lagen die DDD-Werte bei 5 ppm, in pflanzenfressenden Fischen schon bei 40-300
29
ppm. Im Wasser war nach kurzer Zeit kein DDD mehr zu finden, aber in den Lebewesen hatte
es sich angereichert und wurde bzw. wird von Generation zu Generation weitergegeben. Vor
der ersten Behandlung des Clear Lake-Gebietes mit DDD gab es Brutkolonien der
Westtaucher von über 1000 Paaren. Die Zahl ging auf 30 Paare 1960 zurück.[4]
Das “Ulmensterben” in den USA
Das Ulmensterben wird durch eine Pilzkrankheit verursacht. Der Pilz dringt in die Gefäße des
Baumes, die das Wasser leiten, ein und breitet sich dort durch Sporen aus und verstopft somit
die Gefäße. Die Folge davon ist ein Welken der Zweige und schließlich das Absterben des
Baumes. Der Pilz wird durch Käfer übertragen. Durch Bekämpfungsmaßnahmen sollte dieser
Käfer ausgerottet werden und eine Übertragung des Pilzes unterbunden werden. Im Frühjahr
1954 begann man in Michigan mit dem Sprühen von 0,9-1,36 kg DDT pro Baum. Im Juli
wurde das Sprühen oft mit der halben Konzentration wiederholt. Es bildete sich ein Film der
DDT-Lösung auf den Blättern der Bäume. Diese fielen im Herbst zu Boden, wo sie mit Hilfe
der Regenwürmer langsam zu Erde umgewandelt wurden. Das DDT sammelte sich dabei im
Körper der Regenwürmer an. Im Frühjahr kamen die Wanderdrosseln aus ihrem
Überwinterungsgebiet zurück. Ihre Hauptnahrung ist der Regenwurm. Elf Regenwürmer pro
Wanderdrossel können eine tödliche Dosis DDT übertragen. Eine Wanderdrossel kann pro Tag
aber weit mehr als 11 Regenwürmer verzehren. Die Folge der Sprühmaßnahmen mit DDT war,
wenn die Vögel nicht vorher schon eine tödliche Dosis zu sich genommen hatten,
Unfruchtbarkeit. Bis 1960 nahm die Population der Wanderdrossel um rund 90 % ab. Aber
nicht nur die Wanderdrosseln fielen den Bekämpfungsmaßnahmen gegen den Ulmensplintkäfer
zum Opfer, sondern auch viele andere Insekten und Vogelarten.[4]
Gewässerverunreinigung durch DDT: Greenpeace: Mulde und Elbe sind mit
DDT vergiftet
Laut einem Greenpeace-Bericht vom Juli 1994 haben illegale Giftmüll-Lager die Mulde bei
Bitterfeld und die Elbe mit Pestiziden verunreinigt. Aktuelle Untersuchungen des Abwassers
der Chemie Park Bitterfeld GmbH i. G. belegten die Einleitung von Giftstoffen, u.a. die des
DDT. Als diese Untersuchungen stattfanden war die Elbe stärker mit DDT belastet als zu
DDR-Zeiten. Stark bedroht durch die kontaminierten Abwässer waren die elbabwärts
gelegenen Trinkwasserbrunnen.[14]
18. DDT heute
Seit 1995 besteht mittlerweile in 49 Staaten ein DDT-Verbot und in 23 weiteren Ländern ist
seine Nutzung stark eingeschränkt. DDT wird noch in der Volksrepublik China hergestellt und
weltweit exportiert. Vor allem findet es in den Entwicklungsländern heute noch
Anwendung.[16]. Zum Teil erfolgt jedoch trotz eines DDT-Verbotes in der Landwirtschaft
auch weiterhin sein Einsatz [12].
Indien ist einer der größten Konsumenten von DDT. Hauptsächlich wird es zur Bekämpfung
von Malaria eingesetzt. Auch in 16 weiteren Ländern ist der Import immer noch erlaubt. So ist
30
die Nutzung von DDT in Mexiko, Brasilien und Venezuela nur in der Landwirtschaft verboten.
1992 setzte man in Mexiko und Brasilien jeweils fast 1000 t zur Bekämpfung von Malaria ein.
Mit dem totalen Verbot von DDT in diesen Ländern würde die Zahl der Malariatoten wieder
drastisch ansteigen. Durch Import von kontaminierten Nahrungsmitteln u.a. Waren aus
Ländern, in denen DDT noch angewendet wird, sind auch die Menschen in Europa weiterhin
DDT-Rückständen ausgesetzt.[12]
Auch heute noch werden orientalische Teppiche mit DDT behandelt, damit diese nicht von
Insektiziden befallen werden [20]. Genauso verhält es sich mit den bekannten Grünen
Teesorten. Man fand heraus, daß von 12 Teesorten 6 über dem Grenzwert von DDT lagen.
Nur um höhere Erträge zu beziehen, wird somit in China nicht auf das Pestizid verzichtet. [19]
19. Alternativen
1. Ersatzstoffe für DDT
Pestizide sind generell der schnellste Weg, Schädlinge zu entfernen und in vielen Fällen die
einzige verfügbare Waffe. Es werden Pestizide benötigt, die weniger persistent und sehr
selektiv wirksam sind. Die heutigen Pestizide sind so aufgebaut, dass sie sich, kurz nachdem sie
ihr Zielobjekt (Schädling) erreicht haben, in weniger schädliche Produkte umwandeln.[1]
2. natürliche Abwehrstoffe
Pflanzen produzieren spezielle chemische Verbindungen, mit denen sie viele potentielle
Freßfeinde abschrecken können. Diese Gifte und Abschreckstoffe können gegen Insekten
eingesetzt werden. Die Wildkartoffel zum Beispiel besitzt Stoffe, die auf Kartoffelkäferlarven
abschreckend wirken, wodurch die Larven verhungern. Der Kulturkartoffel fehlen diese Stoffe.
Gegen Mosquitos u. a. wirken ätherische Öle. Um die natürlichen Abwehrkräfte der Pflanzen
zu erhöhen, kann man die Pflanzen mit schwachen Krankheitserregern impfen.[1]
3. pflanzliche Attraktivstoffe
Viele Insektenarten werden von ihrer Wirtspflanze durch von der Pflanze ausgesandte
chemische Stoffe angelockt. Das kann man sich zunutze machen, indem man die natürlichen
Feinde der Schädlinge auf diese Weise anlockt.[1]
4. Sterilisierung (Autozidverfahren)
Wird ein größerer Teil einer Insektenpopulation sterilisiert, dann nimmt die Gesamtpopulation
schnell ab. Sterilisierte Männchen können sogar zu Rivalen der normalen Männchen werden,
wodurch nur noch unbefruchtete Eier erzeugt würden und infolgedessen die gesamte
Population aussterben würde. Die Sterilisierung der Insekten kann durch Chemikalien oder
durch Röntgen- oder Gammastrahlung erfolgen.[1]
5. Farb- und Lichtfallen
Hierfür werden Farben und Lichtquellen, die von Insekten besonders gern angeflogen werden,
als Falle für die Schädlinge genutzt.[1]
31
6. Wachstumsregulatoren
Das Wachstum von Tieren und Pflanzen wird durch Hormone gesteuert. Es wurden
Hemmstoffe entdeckt, die in den Stoffwechsel der Häutungshormone eingreifen, andere, die
die Kutikulabildung oder die Chitinsynthese stören. Die Stoffe können von Insekten aus der
Pflanze mit der Nahrung aufgenommen werden. Aufgrund des Unterschiedes zwischen den
Hormonen der Insekten und Wirbeltiere, besteht für letztere keine Gefahr.[1]
7. Einsatz von Pheromonen
Pheromonen sind Stoffe, die von Individuen einer Spezies in die Umwelt abgegeben werden,
um auf andere derselben Art zu wirken. Diese Stoffe werden in den Drüsen der Insekten
produziert. Sie dienen zur Orientierung, dem Informationsaustausch unter den Individuen einer
Population oder dem Signalisieren von Gefahr. Mit der Anwendung solcher Stoffe kann das
Verhalten von Schadinsekten manipuliert werden.[1]
8. Antibiotika
Die Pflanzen besitzen Antibiotika zur Abwehr schädlicher Mikroorganismen. Antibiotika kann
zur direkten Bekämpfung der Schadinsekten eingesetzt werden oder zur indirekten, indem man
es gegen die Mikroflora der Insekten benutzt.[1]
9. Königinnentechnik
Diese Methode wird zur Bekämpfung staatenbildender Insekten, wie zum Beispiel Termiten
und Ameisen, angewendet. Dabei wird das Gift, vorzugsweise Sterilisierungsmittel, damit die
Arbeiterinnen nicht beeinträchtigt werden, von den Arbeiterinnen mit der Nahrung an die
Königin weitergegeben.[1]
10. biologische Schädlingsbekämpfung
Hierfür werden die natürlichen Feinde der Schadinsekten herangezogen. Es werden
insektenfressende Wirbeltiere (Fische, Vögel), Arthropoden (Käfer, Raubmilben), Würmer und
Mikroorganismen (Mikroben) eingesetzt. Vorzugsweise sollte eine Anreicherung bereits
vorhandener natürlicher Feinde erfolgen, da die Einbürgerung von fremden Tieren zu einer
irreversiblen Veränderung der Fauna führt. Das Aussetzen von fremden Nutzinsekten wird
jedoch praktiziert.[1]
11. Fond
Da die Entwicklungsländer keine Finanzierungsmöglichkeiten für andere weniger schädliche
Stoffe haben, soll ein Fond eingerichtet werden, in dem hauptsächlich die Industrieländer
einzahlen. Auf diese Weise wäre es möglich, diese Giftstoffe stufenweise durch andere
verträglichere Substanzen zu ersetzen. (Vorschlag von Klaus Töpfer 1998)
[Archiv Berliner Zeitung 18.09.1998]
32
Abb. 6: Schmidt, 1986 Integrierter Pflanzenschutz
20. Literaturverzeichnis
[1]
Gerhard H. Schmidt: Pestizide und Umweltschutz
Friedr. Vieweg & Sohn Verlagsgesellschaft mbH, Braunschweig, 1986
[2]
Deutsche Forschungsgemeinschaft: Ökotoxikologie von Pflanzenschutzmitteln
Sachstandsbericht,
Senatskommission zur Beurteilung von Stoffen in der Landwirtschaft
Mitteilung 1
VCH-Verlagsgesellschaft mbH, 1994
[3]
Deutsche Forschungsgemeinschaft: Immunochemical Detection of Pesticides and their
Metabolites in the Water Cycle
Research Report
VCH-Verlagsgesellschaft mbH Weinheim, 1995
33
[4]
Rachel L. Carson: Der stumme Frühling (Silent Spring)
Biederstein Verlag München, 1965
[5]
Thomas Heberer: Identifizierung und Quantifizierung von Pestizidrückständen und
Umweltkontaminanten in Grund- und Oberflächenwässern mittels
Kapillargaschromatographie - Massenspektrometrie
Wissenschaft & Technik Verlag Berlin, 1995, 1.Auflage
[6]
Michael F. Waxman: Agrochemical and Pesticide Safety Handbook
Lewis Publishers, 1998
[7]
Jack E. Barbash, Elizabeth A. Resek: Pesticides in the Hydrologic System; Pesticides in
Ground Water; Distribution, Trends and Governing Factors
Ann Arbor Press, Inc. Chelsea, Michigan, 1996
[8]
Brockhaus ABC, CHEMIE in zwei Bänden
Band 1 A - K
VEB F. A. Brockhaus Verlag Leipzig, 1971
[9]
K. Gruhlke, E. Lubs: Pflanzenbau und Pflanzenschutz
VEB Deutscher Landwirtschaftsverlag, 104 Berlin, 1967, 4. Auflage
[10]
Hans Lange, Waltraute Mertens, Peter Zwiers: Lehrbuch Agrarchemie
VEB Deutscher Landwirtschaftsverlag DDR - 1040 Berlin, 1985, 2. Auflage
[11]
Ehrenfried Pfeiffer: Die Fruchtbarkeit der Erde; Ihre Erhaltung und Erneuerung
Rudolf Geering - Velag, Dornach (Schweiz), 1956
Internet: über Alta Vista - Suchprogramm:
[12]
India among top DDT users; need early ban
PS Tampi
Financial Express
letzte Änderung: 10.08.1998
[13]
Significance of DDT Residues in Estuarine Fauna
[14]
Greenpeace: Mulde und Elbe sind mit DDT vergiftet
Textarchiv der Berliner Zeitung
Bericht vom 14.07.1994
[15]
http://www.epa.gov/
[16]
http://www.greenpeace.de/GP_DOK_3P/BRENNPUN/F9732B.htm (03.05.2000)
http://www.greenpeace.de/GP_DOK_3P/BRENNPUN/F9732C.htm (03.05.2000)
[17]
http://www.umweltanalytik.com/ing9.htm (27.02.2000)
[18]
http://www.arguk.de/infos/ddtinfo.htm (14.07.1999)
34
[19]
http://www.naturkost.de/meldungen/990607c.htm (26.04.2000)
[20]
http://www.hr-online.de/wenndannda/ib/wohnen/9317797312655.html (12.07.1999)
[21]
http://www.prantner.de/ddt.html (13.09.2000)
[22]
http://www.labor.adminbs.ch/toxmet.html
[23]
http://www.gesundheitsamt.de/gap/index.htm
[24]
Prinzip der Envirogard-Immunoassays für die Vor-Ort-Analytik von Wasserproben
CORING SYSTEM, Robert-Bunsen-Str. 4, D - 64579 Gernsheim
[25]
Dr. W. Forth, Dr. D. Henschler, Dr. W. Rummel: Allgemeine und spezielle
Pharmakologie und Toxikologie
B. I. – Wissenschaftsverlag, 3. Auflage
[26]
Prof. Dr. J. Falbe, Prof. Dr. M. Regitz: Römpp Chemie Lexikon
Georg Thieme Verlag Stuttgart - New York, 9. Auflage
[27]
K. H. Domsch: Pestizide im Boden
VCH,Verlagsgesellschaft mbH Weinheim, 1993
[28]
Bundesministerium für wirtschaftliche Zusammenarbeit (BMZ): Umwelt-Handbuch
Friedr. Vieweg & Sohn Verlagsgesellschaft mbH, Braunschweig 1986
Abbildungsverzeichnis
Abb. 1:
Barbash / Resek , 1996 [7]
Abb. 2:
Schmidt, 1986 [1]
Abb. 3:
Schmidt, 1986 [1]
Abb. 4:
Schmidt, 1986 [1]
Abb. 5:
Barbash / Resek , 1996 [7]
Abb. 6:
Schmidt, 1986 [1]
35

Bearbeiter: Manja Doege Anja Michalski Katrin Michalski Betreuer

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