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Bioaccumulation and Long-Term Monitoring in Freshwater Ecosystems – Knowledge Gained from 20 Years of Zebra Mussel Analysis by the German Environmental Specimen Bank

Paulus, Martin; Teubner, Diana; Rüdel, Heinz; Klein, Roland In: Armon, Robert H.; Hänninen, Osmo (Eds.): Environmental Indicators, Springer Netherlands (2015), 781-803 With due regard to high standards, the zebra mussel (Dreissena polymorpha) has been utilized as an indicator of bioaccumulative substances in the German Environmental Specimen Bank for over 20 years. On an exemplary basis, the acquired time series of mercury and p,p'-DDE-concentrations underline their high value for freshwater ecosystem monitoring as well as their specific information content. The trends of mercury serve as a mirror of the industrial changes in Eastern Germany. A comparison with other sample specimens further emphasizes its usefulness in biomagnification studies. The p,p'-DDE concentrations demonstrate the diverse application history of the insecticide p,p'-DDT, as well as the high persistency of this transformation product. Furthermore the mussel’s biometric parameters highlight various water body specific developments, which in turn illustrate the different developments of its living conditions in the large German river systems. In the meantime, the severely lacking sample availability at many sampling sites partially underscores these changes. Reduced nutrient availability, predatory pressure, and competition by the invasive quagga mussel, D. rostriformis , are being discussed as possible causes. Overall, the sample availability is susceptible to considerable temporal discontinuities due to the complex dynamics of flowing water systems, which renders the latter crucial to the success of long-term monitoring studies. doi:10.1007/978-94-017-9499-2_44

'PBT - Quo vadis?' Prüfung und Fortschreibung des PBT-Bewertungskonzepts zur Identifizierung von Umwelt-SVHC

Das Projekt "'PBT - Quo vadis?' Prüfung und Fortschreibung des PBT-Bewertungskonzepts zur Identifizierung von Umwelt-SVHC" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Öko-Institut. Institut für angewandte Ökologie e.V. durchgeführt. Der Schutz unberührter Natur ist das herausragende Ziel der Identifizierung besonders besorgniserregender Stoffe (Substances of very high concern - SVHC) in der Stoffbewertung mehrerer Rechtsbereiche. Hierbei ist der Vorsorgegedanke wichtig, demzufolge SVHC identifiziert werden sollen noch bevor sie in die Umwelt gelangen. Dies können persistente organische Stoffe (persistent organic pollutants - POP) oder Stoffe mit persistenten, bioakkumulierenden und toxischen Eigenschaften (PBT) sein. Die PBT-Identifizierung ist aufgrund ihrer umweltpolitischen Bedeutung Standard in mehreren Rechtsbereichen. Hierzu wurden Bewertungskriterien zur Identifizierung dieser Eigenschaften entwickelt und in den gesetzlichen Regelwerken implementiert. Für Chemikalien gestaltet der Anhang XIII der REACH-VO die Kriterien aus. Von den bisher registrierten Stoffen sind bislang nur 22 als PBT identifiziert worden, obwohl Schätzungen allein für die bereits registrierten Stoffe von mindestens 57 Stoffen ausgingen. Ein Grund hierfür könnte sein, dass die Bewertungskriterien für einige Substanzklassen (z.B. ionisierbare Substanzen) nicht ausreichen oder unangemessen sind, um PBT Eigenschaften zu erkennen. Deshalb muss überprüft werden, ob die bisherigen PBT-Bewertungskriterien (einschließlich der festgelegten Grenzwerte) wirklich geeignet sind, um die 'richtigen' Stoffe zu erfassen, oder ob Modifizierungen nötig sind. Hierzu sollen Stärken und Schwächen des Bewertungskonzepts analysiert werden. Aufgrund der Komplexität und mangels geeigneter experimenteller Studien, soll die Wirksamkeitsprüfung theoretisch und anhand von Literaturrecherchen erfolgen. Dabei muss z.B. mittels vorhandener Monitoringdaten überprüft werden, ob die Annahmen der Bewertungskonzepte zum Umweltverhalten von PBT-Stoffen mit der Realität übereinstimmen. Grundsätzliches Ziel ist es, die vorhandenen Konzepte zur Identifizierung und Bewertung von PBT-Stoffen auf ihre Wirksamkeit zu überprüfen und weiterzuentwickeln.

Ursprung und Schicksal von Methylquecksilber

Das Projekt "Ursprung und Schicksal von Methylquecksilber" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Forschungszentrum Jülich GmbH durchgeführt. Other Indexes: Environment protection; mercury (metal); fresh water; organisms (biology); ocean environment; interdisciplinary r and d; bio accumulative pollutants; circulation of pollutants; toxicology; ecosystems. Objective: To investigate the extent to which biotic and abiotic processes are responsible for the formation of methyl mercury observed in freshwater and marine organisms. General information: This project forms part of an interdisciplinary cooperative research project. It will investigate in vivo and in vitro the geochemical formation of methyl mercury in freshwater and marine ecosystems and its pathways through the environment. Three areas will mainly be compared: a) the Monte amiata region, characterized by a geochemical anomaly of high mercury concentrations - b) an area contaminated by mercury release from the chlor-alkali industry, and - c) a control area with low background levels of mercury. Emphasis will be given to the further refinement and intercalibration of methodologies for the determination of very low levels of methyl mercury and other hg species occurring under 'real-life' conditions in the various compartments of the freshwater and marine environment (water column, sediments, suspended matter, freshwater and marine biota). Tracer experiments on bio availability, bioaccumulation, loss and transformation in marine experimental ecosystems with emphasis on the chemical production of methyl mercury will be performed to compare laboratory and field results. Ecotoxicological experiments of the fate and transfer of mercury compounds, simulating the complex relationships at the community and ecosystem level of biological organisation, as well as investigations on the uptake mechanisms of hg compounds at the cellular level, will complete this joint research project.

Potentiell entsprechend der REACH-Verordnung besonders besorgniserregende Stoffe: Verifizierung durch Eigenschaften und Priorisierung durch Relevanz

Das Projekt "Potentiell entsprechend der REACH-Verordnung besonders besorgniserregende Stoffe: Verifizierung durch Eigenschaften und Priorisierung durch Relevanz" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von ECT Ökotoxikologie GmbH durchgeführt. The REACH Regulation No. 1907/2006 introduced the concept of substances of very high concern (SHVC; Art. 57) for the control of risks to human health and the environment. In this project, the focus was on environmental concerns according to Art. 57(d) to 57(f): - persistent, bioaccumulating and toxic substances (PBT; Art. 57(d)) - very persistent and very bioaccumulating substances (vPvB; Art. 57(e)) - endocrine disrupting substances (Art. 57(f)) - PBT-like and vPvB-like substances (Art. 57(f)) - other properties of concern that are of environmental relevance (Art. 57(f)). A training set of 144 substances suspected to be SVHC was used to develop methods to consolidate the suspicion and to prioritise the substances. Standardised assessment phrases were developed, which represent a certain likelihood that the assessment of a category for a specific substance might be supported by an extended and detailed evaluation. The level of certainty was termed 'likelihood of categorisation' (LoC) and visualised with a colour code. The prioritisation is based on so-called relevance criteria that are independent of the SVHC criteria. The prioritisation method applied is a combination of a decision tree and a scoring system. The relevance criteria within this project were production volume, wide-dispersive use, monitoring, hazard to groundwater, long-range transport, allocation to more than one SVHC (sub)category, part of (inter)national legislation/conventions. The large set of information was managed in a Microsoft Access database named 'Categorisation and prioritisation tool' (CPT). The CPT is organised in several sections corresponding to the substance properties, the SVHC criteria and the relevance criteria. The system requires expert judgement, but also contains the functionality of automated assessments for certain steps due to standardised assessment phrases. The CPT offers the possibility to prioritise the substances while being able to adjust the scores for the relevance criteria.

Neue Ansätze zur Bewertung der Toxizität von Platingruppenelementen (PGE) in aquatischen Lebensräumen

Das Projekt "Neue Ansätze zur Bewertung der Toxizität von Platingruppenelementen (PGE) in aquatischen Lebensräumen" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Duisburg-Essen, Fakultät für Biologie, Arbeitsgruppe Aquatische Ökologie durchgeführt. Die Minenregion um den Hex River gehört weltweit zu den bedeutendsten PGE-Lagerstätten und stellt daher ein einzigartiges Studiengebiet dar, um die Effekte anthropogener PGE Einträge zu untersuchen. Die Ziele des Projektes sind daher: 1. Bestimmung der Rolle von PGE auf die sozio-ökologische Situation des Hex River Einzugsgebietes 2. Informationen zur Bioverfügbarkeit der PGE in aquatischen Ökosystemen anhand von Biomonitoring-Untersuchungen mit unterschiedlichen Tieren und der neu zu etablierenden 'künstlichen Muschel', inklusive der Identifizierung vielversprechender Akkumulationsindikatoren 3. Neue Kenntnisse über die adversen Effekte der PGE auf verschiedene aquatische Tiere und Identifizierung besonders sensitiver Organismen anhand von Toxizitätstests unter Einbeziehung einheimischer Tiere. 4. Bewertung des eventuell vorliegenden Risikos für Mensch und Tier der Minenregion bedingt durch die PGE Kontaminationen unter Verwendung einer neuen Risiko-Bewertungsmethode. Neben der Gewinnung wissenschaftlicher Erkenntnisse über die Rolle von PGE in aquatischen Ökosystemen, stehen die Knüpfung neuer Kooperationen und der Wissensaustausch zwischen den beteiligten Partnern in Deutschland und Südafrika sowie die enge Einbindung junger Wissenschaftler im Fokus dieses Projektes.

TV 2: Identifizierung von PBT-Stoffen: Berücksichtigung der Biomagnifikation bei der Bewertung der Bioakkumulation unter REACH

Das Projekt "TV 2: Identifizierung von PBT-Stoffen: Berücksichtigung der Biomagnifikation bei der Bewertung der Bioakkumulation unter REACH" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Fraunhofer-Institut für Molekularbiologie und Angewandte Oekologie durchgeführt. Die Kriterien zur Identifizierung von Substanzen als PBT bzw. vPvB-Stoffe sind gesetzlich im Annex XIII der REACH-Verordnung (REACH-VO) festgehalten. Die Bewertung des Bioakkumulationspotentials beruht dabei hauptsächlich auf dem Biokonzentrationsfaktor (BCF), welcher ein Maß für die die Aufnahme und Anreicherung von Stoffen über das umgebende Umweltmedium ist. Der Begriff 'Bioakkumulation' umfasst neben der Biokonzentration jedoch auch die sogenannte Biomagnifikation, d.h. die Aufnahme und Anreicherung von Stoffen über Nahrungsketten und -netze. Die Biomagnifikation spielt in der internationalen wissenschaftlichen Diskussion eine wichtige Rolle, da durch diesen Mechanismus die Endglieder einer Nahrungskette, einschließlich des Menschen, besonders betroffen sind und diese Gefährdung durch den BCF nur unzureichend beschrieben wird. In der bisherigen Bewertungspraxis unter REACH wurde die Biomagnifikation nicht angemessen berücksichtigt, da die PBT/vPvB-Kriterien des Annex XIII nur den BCF als relevante Information zuließen. Nach der Überarbeitung der Kriterien durch die Europäische Kommission besteht zukünftig die Möglichkeit, weitere Informationen zur PBT-Bewertung zu verwenden. Dazu zählen insbesondere Daten zur Biomagnifikation, die unter anderem durch die Kenngrößen Trophischer Magnifikationsfaktor (TMF) und Biomagnifikationsfaktor (BMF) beschrieben werden kann. Vergleichsmaßstab für diese Größen ist jedoch noch immer der BCF, obwohl es sich bei der Biomagnifikation um einen unabhängigen Akkumulationsmechanismus handelt. Die Unsicherheit bei der Auswertung von Informationen zur Biomagnifikation ist daher hoch. In diesem Vorhaben soll ein Vorschlag erarbeitet werden, wie die neuen PBT-Kriterien auf die komplexen Daten zur Bioakkumulation angewandt werden können. Dazu sollen neben dem aktuellen naturwissenschaftlichen Kenntnisstand auch die gesetzlichen Rahmenbedingungen untersucht und ausgewertet werden. usw.

Bioakkumulation ionischer Stoffe - Ableiten von alternativen Screeningkriterien aus experimentellen Studien

Das Projekt "Bioakkumulation ionischer Stoffe - Ableiten von alternativen Screeningkriterien aus experimentellen Studien" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Fraunhofer-Institut für Molekularbiologie und Angewandte Oekologie durchgeführt. Aufgabenbeschreibung: Die Methoden zur Bewertung des Bioakkumulationspotentials wurden für neutrale organische Stoffe entwickelt. Dabei schätzt der Oktanol-Wasser-Verteilungskoeffizient (LogKow) das Anreicherungspotential von Stoffen im Fettgewebe von Organismen ab. Auf Basis der Höhe des LogKow wird dann ggf. die Durchführung einer experimentellen Bioakkumulationsstudie gefordert. Fast die Hälfte aller unter REACH registrierten Stoffe liegt aber teilweise oder vollständig ionisch vor. Diese ionischen organischen Stoffe (IOS) haben jedoch einen geringen LogKow und gelten demzufolge als nicht bioakkumulierend. Sie können aber über andere Prozesse wie das Ion-Trap oder in anderen Geweben wie in Phospholipid-Membranen anreichern. Um die Forderung nach experimentellen BCF-Studien für ionische Stoffe fachlich begründen zu können, werden daher andere Entscheidungsparameter als der LogKow benötigt. Das kann der Membran-Wasser-Verteilungskoeffizienten (DMW) sein, der die Anreicherung ionischer organischer Stoffe in Phospholipid-Membranen abschätzt. Die vergleichende regulatorische Validierung des DMW mittels experimenteller BCF-Studien fehlt jedoch noch. Ziel des Vorhabens ist daher diese Validierung des DMW und seine Integration in das Konzept zur Bewertung der Bioakkumulation von IOS. Außerdem sollen weitere Anreicherungsmechanismen von IOS und mögliche Abschätzungsparameter untersucht werden, um auch diese in das Bewertungskonzept zu integrieren. Diese Weiterentwicklung des Bewertungskonzepts ist notwendig, um die umweltgefährdenden Eigenschaften ionischer organischer Stoffe adäquat bewerten zu können.

Erarbeitung einer Untersuchungsstrategie fuer gefaehrliche Stoffe

Das Projekt "Erarbeitung einer Untersuchungsstrategie fuer gefaehrliche Stoffe" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Technische Universität Berlin, Institut für Technischen Umweltschutz, Fachgebiet Wasserreinhaltung durchgeführt. Eine effiziente Regulierung des Eintrags gefaehrlicher, gewaesserrelevanter Verbindungen aus Punktquellen wird durch die Entwicklungen bei der EU-Wasserrahmen-RL und OSPARCOM ('Generationenziel') zunehmend an Bedeutung gewinnen. Zur derzeitigen Regelung gefaehrlicher Stoffe in der Abwasserverordnung werden verschiedene Analysenverfahren, bestehend aus Summen- bzw. Gruppenparametern (AOX), akute oekotoxische Testverfahren (z.B. Fischtest) und Einzelstoffanalysen, kombiniert. Trotz einiger pragmatischer Vorteile wird dadurch die Gruppe der gefaehrlichen Stoffe in komplexen Abwasserproben, die sich z.T. aus tausenden von Einzelverbindungen zusammensetzt und in qualitativer und quantitativer Hinsicht stark variieren kann, nur relativ undifferenziert erfasst. Ziel eines UFOPLAN-Vorhabens 'Untersuchungsstrategien fuer gefaehrliche Stoffe in Abwassereinleitungen der Industrie' ist die Entwicklung eines effizienten Konzeptes zur Wirkungscharakterisierung von Proben aus Abwassereinleitungen durch eine sinnvolle Kombination verschiedener vorhandener und zu entwickelnder Untersuchungsverfahren. Die Untersuchungsstrategie soll ein Bindeglied zwischen chemischen und biologischen Testverfahren herstellen, welches zu einer wirkungsvolleren und kosteneffizienten Ueberwachung gefaehrlicher Stoffe fuehren soll. D.h. konkret, dass die eingeleiteten organischen Substanzen (charakterisiert durch den Rest-CSB bzw. TOC oder den AOX) einerseits durch geeignete Extraktionsverfahren in verschiedene Fraktionen unterteilt werden (z.B. Anteil der bioakkumulierenden Stoffe, Anteil der persistenten Verbindungen). Andererseits bedarf es einer Erweiterung der bereits angewandten oekotoxikologischen Untersuchungen (akuter Fischtest, akuter Daphnientest, etc.) um geeignete chronische Testverfahren. Im geplanten UFOPLAN-Vorhaben erfolgt zunaechst eine Zusammenstellung der vorhandenen und in der Entwicklung befindlichen Testverfahren. Weiterhin werden Untersuchungsstrategien in anderen Laendern (NL, S, USA) ausgewertet und auf deren Praxistauglichkeit untersucht. Nach Auswahl geeigneter Testverfahren zur summarischen Bestimmung von persistenten, chronisch toxischen und bioakkumulierenden Verbindungen werden diese Testverfahren exemplarisch auf Abwasserproben angewandt und ausgewertet. Dabei sollten Abwasserproben aus mindestens drei unterschiedlichen Branchen (gegliedert nach Anhaengen zur AbwV) zum Einsatz kommen. Abschliessend wird eine integrierte Untersuchungsstrategie vorgeschlagen und bewertet, ob diese Strategie im Rahmen des Vollzugs bzw. der geplanten Selbstverpflichtung des VCI 'Umweltziele Gewaesserschutz, Einleitung von Abwaessern' zum Einsatz kommen kann.

Methodenentwicklung zur Radiocarbonanalyse im Spurenbereich zur Quellenidentifizierung von Umweltchemikalien im Boden am Beispiel von Trichloressigsaeure (TCA)

Das Projekt "Methodenentwicklung zur Radiocarbonanalyse im Spurenbereich zur Quellenidentifizierung von Umweltchemikalien im Boden am Beispiel von Trichloressigsaeure (TCA)" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Bayreuth, Lehrstuhl für Umweltchemie und Ökotoxikologie durchgeführt. Ziel des Vorhabens ist die Uebertragung einer von der Arbeitsgruppe von Professor Frank, Lehrstuhl fuer Umweltchemie und Oekotoxikologie der Universitaet Bayreuth, fuer den aquatischen Bereich entwickelten Radiocarbonanalyse zur Quellenidentifizierung von Umweltchemikalien im Spurenbereich auf das terrestrische Kompartiment. Mit Hilfe dieser Methode ist es moeglich, bei in der Umwelt gemessenen Chemikalien festzustellen, ob sie natuerlichen oder anthropogenen Ursprungs sind. Diese Frage ist bei der derzeit vorgenommenen Risikoanalyse von Trichloressigsaeure (TCA) von entscheidender Bedeutung. Wenn das TCA im Boden ein Transformationsprodukt von Perchloraethylen in der Atmosphaere ist, stammt sein Kohlenstoffgehalt aus Erdoelprodukten und sollte wegen der vergleichsweise geringen Halbwertszeit keine C14-Isotope enthalten, waehrend natuerlich gebildetes TCA einen C14-Gehalt wie in biologischem Material aufweisen sollte. Da es sich bei dieser Methode um eine Analytik im Spurenbereich handelt, welche die Extraktion einer ausreichenden Menge an TCA erfordert, sind erhebliche experimentelle Schwierigkeiten zu ueberwinden, bevor die Methode unter den komplexen Bodenbedingungen anwendbar ist. Eine am Beispiel von TCA entwickelte Radiocarbonanalyse fuer den Boden kann problemlos auch fuer die Quellenidentifizierung anderer Schadstoffe eingesetzt werden. Die Methode liesse sich auf zahlreiche andere Fragestellungen anwenden, die von hoher praktischer umweltchemischer und oekotoxikologischer Bedeutung sind. So koennte auf diese Weise elegant und zweifelsfrei die Frage beantwortet werden, ob und in welchem Umfang atmosphaerisches Methylbromid, welches in juengster Zeit als relevant fuer den stratosphaerischen Ozonabbau diskutiert wird, aus industriellen Quellen stammt. In aehnlicher Weise koennte die Frage nach der Herkunft atmosphaerischen Chloroforms beantwortet werden, oder die Entstehung der luftgetragenen Nitrophenole, fuer die sowohl die Entstehung aus Kraftstoffemissionen, als auch die aus natuerlichen Quellen diskutiert wird. In gleicher Weise erhebt sich die Frage, inwieweit die z.Z. in der Umwelt gefundene Trifluoressigsaeure aus anthropogenen Quellen stammt (FCKW-Ersatzstoffe, PTFE-Pyrolyse) oder ob auch biologische Quellen in Frage kommen. Insbesondere koennte diese Methode von Bedeutung sein fuer die Identifizierung der Herkunft von langlebigen, bioakkumulierenden Stoffen (PBT, POP) in emissionsfernen Gebieten.

Globalansatz 'Neue EU-Chemikalienpolitik', TV 03: Zulassungsverfahren für besonders gefährliche Stoffe: Verbleib, Verhalten, Abbaubarkeit und mögliche Anreicherung potenziell persistenter, bioakkumulierender und toxischer (PBT-) Stoffe unter ...

Das Projekt "Globalansatz 'Neue EU-Chemikalienpolitik', TV 03: Zulassungsverfahren für besonders gefährliche Stoffe: Verbleib, Verhalten, Abbaubarkeit und mögliche Anreicherung potenziell persistenter, bioakkumulierender und toxischer (PBT-) Stoffe unter ..." wird vom Umweltbundesamt gefördert und von ECT Ökotoxikologie GmbH durchgeführt. Kurzfassung der Vorhabenbeschreibung: Zielstellung und fachliche Begründung A) Problemstellung: Der Entwurf für die europäische Verordnung zur Registrierung, Evaluierung und Autorisierung von Chemikalien (REACH) sieht für Stoffe mit persistenten, bioakkumulierenden und toxischen (PBT) - oder sehr persistenten und sehr bioakkumulierenden (vPvB) Eigenschaften ein Zulassungsverfahren vor. Die Kriterien für die genannten Eigenschaften werden in Anhang XIII des Verordnungsentwurfs festgelegt. Die vorzulegenden Labortests bilden die Realität jedoch nur unzureichend ab und erlauben keine eindeutige Beurteilung der persistenten und bioakkumulierenden Eigenschaften. Problematisch ist die Beurteilung der Persistenz aufgrund realitätsferner Ergebnisse aus Labortests zur Abbaubarkeit, weil Adsorptionsverhalten und die Bindung an Sedimente unberücksichtigt bleiben. Dann können die Ergebnisse zu einer 'falschen' Entlastung des PBT- oder vPvB-Verdachts führen. Deshalb ist eine Überprüfung der Relevanz und der Aussagekraft der Standardtests im Hinblick auf eine belastbare Beurteilung der PBT-Eigenschaften auf Grundlage von Freilanduntersuchungen/Mesokosmen erforderlichB) Handlungsbedarf (BMU; ggf. auch BfS, BfN oder UBA):Ein effektives Risikomanagement für PBT-Stoffe und die Regulierung über ein Zulassungsverfahren sind für das Umweltressort ein prioritäres Element einer nachhaltigen Chemikalienpolitik. Entscheidend ist dabei die korrekte Identifizierung potentieller PBT-Stoffe und die Vermeidung falsch negativer Beurteilungen als 'nicht persistent'. C) Ziel des Vorhabens: Ist die Überprüfung der PBT-Bewertung von Stoffen auf Grundlage von Laboruntersuchungen. Dazu soll für 3 potenzielle PBT-Stoffe Abbau, Verteilung und Anreicherungsverhalten in naturnahen aquatischen Systemen (Mesokosmen) untersucht werden. Anschließend ist zu prüfen, ob Persistenz und Akkumulation auf Grundlage der Standard Labortests mit ausreichender Genauigkeit vorhergesagt werden können.

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