Denkmalswunsch Setze mir ein Denkmal, cher, ganz aus Zucker, tief im Meer. Ein Süßwassersee, zwar kurz, werd ich dann nach meinem Sturz; doch so lang, daß Fische, hundert, nehmen einen Schluck verwundert.- Diese ißt in Hamburg und Bremen dann des Menschen Mund.- Wiederum in eure Kreise komm ich so auf diese Weise, während, werd ich Stein und Erz nur ein Vogel seinen Sterz oder gar ein Mensch von Wert seinen Witz auf mich entleert. 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.

2. die komplette Version gibt. 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

aquatische Nahrungskette gelöst aquatische Nahrungskette Substanzeintrag ins Wasser an Partikel gebunden Räuber Sediment-Nahrungskette im Sediment Abbau

Corg = Cw * BCF + CBeute * BFAF + CSediment * BSAF 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: 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 Allgemeines: 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 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) 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)