Asbest im Boden (k)ein Problem? Die Fortsetzung

Über Asbest im Boden hatte ich letztens schon einmal etwas gebloggt. Das Problem scheint mir aber weit weniger trivial zu sein, als ich anfangs dachte. Das bedeutet, dass ich (möglicherweise schon wieder) ein wenig zurückrudern muss. Ich hatte nämlich in einem Kommentar behauptet, dass Asbest im Boden keine Gefahr darstelle, solange es von dort nicht wieder in die Luft gerät und schloss gleichzeitig eine Kontamination von Grundwasser durch asbestbelastete Böden aus. Das war möglicherweise etwas voreilig von mir. Aber gehen wir der Reihe nach vor. Was kann mit Asbestfasern im Boden passieren? Immerhin vergraben wir ja auch asbesthaltige Abfälle auf unseren Deponien, um eine Freisetzung der Fasern für die Zukunft zu verhindern

Asbestfasern im Boden

Wie Asbestfasern in den Boden gelangen können, und was dort grob gesagt mit ihnen geschieht, hatte ich ja schon einmal umrissen. Im Nachhinein war das vielleicht etwas sehr grob umrissen, aber man lernt ja auch immer mehr hinzu. Einmal in den Boden gelangt, ist die Geschichte für die Fasern ja noch nicht zu Ende. Wie alle Minerale unterliegen sie hier verschiedenen Einflüssen, bei denen in erster Linie die Verwitterung zu nennen ist. Dazu zählen auch verschiedene Interaktionen mit unterschiedlichen Lebewesen und anderen im System Boden befindlichen Stoffen, welche das Verhalten und die Veränderungen der Fasern beeinflussen können.

Dem einen sein Tod, dem anderen sein Brot

Gelangen Asbestfasern in normalen Boden, interagieren sie dort auf eine recht vielfältige Weise mit den anwesenden Lebewesen und deren Ausscheidungen. Zum einen können Asbestfasern natürlich Tieren ebenso schaden wie sie uns Menschen schaden. Daher sind zumindest lungenatmende Wesen gefährdet. Mir liegen keine Daten vor, was Tracheenatmung angeht.

Pflanzen können vermutlich ebenfalls negativ von Asbest im Boden beeinflusst werden. Untersuchungen an Böden bei Asbestminen und Asbestzementfabriken konnten zeigen, dass die Verfügbarkeit von Blattnährstoffen durch die Anwesenheit von Asbestmineralen negativ beeinflusst wird [Trivedi & Ahmad 2013]. Dagegen scheinen sich manche Bakterien, Pilze und auch Flechten durchaus für die faserigen Minerale zu interessieren und deren Verwitterung zu fördern [Daghino et al 2010], [Bhattacharya et al. 2016], [David et al. 2020].

Pilze

Pilze zum Beispiel können Chelatbildner und Siderophore ausscheiden. Diese lösen Eisen aus Mineralen im Boden. Bei Asbestfasern kann dies zu einer verringerten Toxizität führen. In einem Experiment hat ein Pilz Vertillium sp in einer Suspension aus Krokydolith innerhalb von 20 Tagen gut 7,3 % des Eisens von den Asbestfasern entfernt. Die Gehalte an Eisen und auch eventuell Magnesium werden für die Bildung von Hydroxyl-Radikale verantwortlich gemacht, welche DNA Schäden bewirken können. Interessanterweise führte Vertillium bei dem Krokydolith zwar zu einer Verringerung des Hydroxyl Potenzials, während dies bei Chrysotil im Gegenzug sogar erhöht wurde [Daghino et al. 2006].

[Daghino et al 2010] nennt noch einige Pilzspezies aus Böden über Serpentiniten und aus Asbestminen, welche über Chelatbildner Eisen und teilweise auch Magnesium aus den Asbestmineralen entziehen können. Es ist also durchaus möglich, dass im Boden lebende Pilze über längere Zeiträume mit dort befindlichen Asbestfasern fertig werden.

Flechten

Auch Flechten, eine komplexe Lebensgemeinschaft aus Pilzen und Grünalgen oder Cyanobakterien, leben durchaus gerne auf Serpentiniten oder auch auf asbesthaltigen Faserzementen wie z.B. Dachbedeckungen. Die von diesen Flechten abgesonderten Säuren wie z. B. Oxalsäure greifen das unterlagernde Gestein an und tragen wesentlich zur Verwitterung bei.

Im Falle des Asbestzements wird dabei nicht nur die Zementmatrix geschwächt, es kann auch über Chelatbildner Mg²⁺-Ionen aus dem Chrysotil entzogen werden.

Leider wachsen die betreffenden Flechten sehr langsam und ihre Wirkung ist nur auf den direkten Bereich der Hyphen des Mykobionten, also nur in sehr seltenen Fällen mehr als 2 mm Tiefe, begrenzt. Das setzt der Eignung von Flechtenaufwuchs als biologische Abfallbehandlung von asbesthaltigem Material etwas enge Grenzen [Favero-Longo 2005][Favero-Longo et al. 2009].

Bakterien

Bakterien hingegen neigen gerne zu schnellem, unter günstigen Bedingungen exponentiellem Wachstum. Sie sind auch deutlich einfacher zu handhaben als Flechten und Pilze, was sie für die Abfallbehandlung interessant machen kann. Vor allem, da sie ebenso Siderophore und ähnliche Chelatbildner bilden und nutzen. Als Beispiel kann Bacillus mucilaginosus dienen, ein Bakterium, welches Serpentin-haltige Gesteine zu lösen vermag [Yao et al. 2013].

Auch wenn Bakterien über Siderophore den Eisengehalt der Asbestfasern verringern können, zeigt sich der Magnesiumgehalt dagegen hartnäckiger. Bislang scheinen sich die untersuchten Bakterien daran die Zähne ausgebissen zu haben.

Biologische Abfallbehandlung?

Die oben angesprochenen Fähigkeiten der Pilze, Flechten und vor allem Bakterien haben die Hoffnung geweckt, dass sich so eventuell die gefährlichen Abfälle behandeln lassen. Immerhin ist der Deponieraum ja begrenzt, und ein Großteil der asbesthaltigen Materialien noch immer in Gebrauch beziehungsweise zumindest verbaut. Hier wartet noch eine ziemliche Menge asbesthaltigen Materials. Abgesehen davon bleibt Asbest auch in Deponien über sehr lange Zeiträume gefährlich und erfordert entsprechende Sicherungen, damit in, auf und über diesen Deponien nichts passiert, was die darin ruhenden gefährlichen Stoffe frei setzen kann. Daher gibt es durchaus ernst gemeinte Vorschläge, die biologische Behandlung gezielt einzusetzen und die asbesthaltigen Materialien mehr als bisher der Natur zugänglich zu machen. Also nicht mehr möglichst dicht in Plastik und ähnliches zu verpacken. Vielmehr schlagen wird als Lösung ein Ökosystem aus Pilzen, Bakterien und Pflanzen vorgeschlagen [David & Geoffroy 2020][Wallis et al. 2020].

Asbestfasern im Boden – Friede, Freude und Eierkuchen?

Die oben angesprochenen Prozesse können das Gefahrenpotential von Asbestfasern verringern. Also, wäre der Schluss, ist ab hier doch alles gut. Gelangt ein Asbestmineral, auf welchem Weg auch immer, in die Freiheit und in den Boden, dann sorgt die Biologie dafür, dass es ungefährlich wird. Zumal ja die Fasern im Boden auch nicht wieder an die Luft gelangen, zumindest nicht, solange niemand am Boden rührt. So stellt man es sich gerne vor, und so dachte ich auch.

Es könnte aber sein, dass dies ein wenig zu optimistisch ist. Abgesehen davon, dass Asbest nicht nur über den Luftpfad in den Körper gelangen kann, sondern durchaus, wie im Beitrag über das Bierasbest gezeigt, über die Nahrung. Und auch auf diesem Wege krebserregend wirkt.

Wie mobil ist Asbest im Boden?

Bislang ging man immer davon aus, dass Asbestfasern im Boden weitgehend immobil sind und der Boden quasi als Filter wirkt [Fuller 1977]. In den letzten Jahren wurden aber immer wieder überraschende Funde von Asbestfasern im Untergrund gemacht, die mehrere hundert Meter von ihrer ursprünglichen Quelle entfernt waren. Diese Funde könnten auf einen Transport der Asbestfasern durch zum Beispiel Sickerwasser und Grundwasser hindeuten.

Wird das so kontaminierte Grundwasser jetzt gefördert und für Bewässerung oder Luftbefeuchtung genutzt, kann dies zu einer erhöhten Faserexposition bei Menschen führen [Turci et al. 2016][Roccaro & Vagliasindi 2018].

Aber wie können die Fasern aus Deponien oder belastetem Boden heraus und dann in das Grundwasser gelangen?

Tonverlagerung als Beispiel

Dazu muss man verstehen, wie sich Mineralpartikel, und Asbestfasern sind ja nichts anderes, im Boden verhalten können. Als Beispiel können Tonminerale dienen. Diese meist aus plättchenförmigen Schichtsilikaten bestehende Bodenfraktion kann Kolloide bilden und ist damit innerhalb der Bodensäule durchaus mobil. Dieser als Lessivierung bekannte Prozess führt zu einer Tonverlagerung in tiefere Bodenhorizonte.

Die Tonminerale zeigen meist eine negative Oberflächenladung und können bei weitgehender Abwesenheit von mehrwertigen Kationen in Suspension gehen und fallen erst dort wieder aus, wo genügend mehrwertige Kationen, meist Calcium und Magnesium, im Angebot sind. Hier bilden sich sogenannte Tonanreicherungshorizonte. Der Prozess der Lessivierung wird stark vom pH-Wert des Bodens beeinflusst und stellt eine Stufe der Bodenversauerung dar.

Der pH-Wert und die Stärke der beteiligten Ionen ist bei der Mobilität von Kolloiden im Boden nur ein Faktor, weitere Faktoren sind die Größe und Form der Kolloide sowie der zur Verfügung stehende Porenraum im Boden selber. Daneben spielen auch die Anwesenheit von Phosphaten und gelöstem organischem Kohlenstoff oft eine große Rolle.

Eigenschaften von Asbest

Die gemeinhin als Asbest bezeichneten Minerale, so unterschiedlich sie auch sonst sein mögen, zeichnen sich durch ihre extreme Faserförmigkeit aus. Das heißt, sie sind zwar meist dünn, aber auch im Verhältnis zu ihrem Durchmesser sehr lang, oft bis zu 100 µm. Kein Wunder, dass man landläufig gerne davon ausgeht, dass so ein Mineral von den Poren im Boden recht wirkungsvoll zurückgehalten wird [Bradford et al. 2006]

Allerdings kann man sich auch problemlos vorstellen, dass Fasern entlang ihrer Längsachse durch Poren passen, welche zwar schmaler als die Faser lang, jedoch breiter als der Faserdurchmesser sind. Zumal, wenn diese Fasern auch noch leicht biegbar sind, wie z.B. beim Chrysotil.

Chrysotil, als der weltweit am häufigsten technisch verwendete Asbest, hat bei neutralem pH-Wert im Wasser eine positive Oberflächenladung. Die Partikel im Boden zeigen meist eine negative Oberflächenladung, so dass die elektrostatische Anziehung zwischen dem Chrysotil und den Partikeln im Boden eigentlich die Mobilität der Faser einschränken sollte. Eigentlich.

Das Problem ist nämlich, dass die Oberflächenladung durch einen geringeren pH-Wert oder auch die Anwesenheit gelöster organischer Substanz umgedreht werden kann. Dadurch wird die Mobilität von Asbest im Boden gefördert.

Dabei ist gelöste organische Substanz, gerne auch als DOM (dissolved organic matter) genannt, in einem natürlichen Boden reichlich vorhanden, auch wenn darunter eine Asbestdeponie liegt. Schließlich gehört das Aufbringen von durchwurzelbarem Mutterboden zu den abschließenden Maßnahmen, wenn eine Deponie geschlossen wird. Dies ist die Grundlage für eine schützende, geschlossene Pflanzendecke und auch die oben angedachten biologischen Abbauprozesse von Asbest kommen ohne nicht aus.

Mobilität von Asbestfasern

In einer aktuellen Studie haben sich Forschende das Verhalten von Asbest im Boden einmal etwas genauer angesehen [Mohanty 2021]. Als Beispiel wurde Chrysotil ausgewählt, da dieser Asbesttyp der weltweit am häufigsten technisch verwendete ist. Aus diesem Grund ist er auch auf den entsprechenden Deponien reichlich vorhanden und stellt vermutlich auch auf den allermeisten wilden Altlasten den Hauptanteil.

In Säulenversuchen zeigte sich, dass die Anwesenheit von gelöster organischer Substanz die Beweglichkeit der Chrysotilfasern deutlich steigerte. Dagegen fand in den Säulen, in denen die gelöste organische Substanz nicht zugesetzt wurde, kein nennenswerter Transport statt.

Am effektivsten wirkten Fulvosäuren, die, ähnlich wie Huminsäuren, bei der Zersetzung von Pflanzenmaterial im Boden freigesetzt werden. Auch Huminsäuren steigerten die Beweglichkeit der Chrysotilfasern im Boden deutlich. Dagegen wirkte sich sonstige organische Substanz nicht sehr auf die Beweglichkeit aus.

Wie wirkt gelöste organische Substanz?

Die gelöste organische Substanz verändert das Verhalten der Asbestfasern als Suspension im Porenwasser. Dadurch wird die Suspension stabilisiert und es kommt zu geringeren Wechselwirkungen mit den umgebenden Partikeln. So dauerte es auch bei der Sedimentation aus der Suspension in Anwesenheit von Fulvosäuren erheblich länger, bis sich die suspendierten Asbestfasern ablagerten. War die gelöste organische Substanz abwesend, sedimentierten die Fasern relativ rasch am Boden ab.

Außerdem hat Chrysotil normalerweise eine positive Oberflächenladung, das Zeta-Potential beträgt in Wasser rund 2,34 mV. Die Anwesenheit gelöster organischer Substanz kann dieses ins Negative drehen, dass es rund -44,45 mV beträgt (bei 10 mg/l bei pH 7). Diese Änderung kann zu einer stärkeren Abstoßung der suspendierten Asbestfasern mit den ebenfalls meist negativen Partikeln im Boden führen.

Asbest steht damit nicht alleine. Auch andere Minerale mit einer positiven Oberflächenladung wie z.B. Hämatit, Goethit und Magnetit werden in Anwesenheit gelöster organischer Substanz mobiler[Philippe & Schaumann 2014].

Die Änderung der Oberflächenladung alleine ist aber vermutlich nicht der Grund für die erhöhte Mobilität, da weder eine Erhöhung des pH-Wertes oder das Hinzufügen von Phosphat vergleichbare Resultate hinsichtlich einer Erhöhung der Mobilität bewirkte. Beides sollte ebenfalls zu einer Umkehrung der Oberflächenladung bei Chrysotil führen. Auch die Verwendung von Bodensickerwasser, das ebenfalls gewisse Anteile an organischer Substanz enthält, führte bei Säulenversuchen mit Sand zu keiner Erhöhung der Mobilität bei Chrysotil.

Möglicherweise beeinflusst die gelöste organische Substanz das Aggregationsverhalten und die Wechselwirkungen dieser Chrysotilaggregate mit den Bodenpartikeln. Dabei zeigten sich Fulvosäuren am wirkungsvollsten, danach folgten auf den Plätzen Huminsäuren und zuletzt natürliche organische Substanz (NOM).

Das Zeigt, dass es durchaus auf die Art und Qualität der beteiligten organischen Substanz ankommt, wenn es um die Mobilität von Asbest im Boden geht. Das kann mit negativ geladenen funktionalen Gruppen wie z.B. Carboxyl-Gruppen zusammenhängen, welche sich an positiv geladene Oberflächen binden und mit ihnen Komplexe bilden können.

Auswirkungen

Die oben beschriebenen Erkenntnisse sind zumindest für mich recht neu. Sie können sehr weitreichende Konsequenzen für die Asbestexposition von vielen Menschen haben, wenn sie in der Nähe von asbestbelasteten Flächen leben. Die Erkenntnisse werfen auch ein etwas kritisches Licht auf Urteile wie sie in diesem Jahr das Landgericht Stuttgart (AZ: 12 O 153/19 vom 01.03.2021) gefällt hat. Hier ging es um ein asbestbelastetes Gartengrundstück, nachdem ein benachbartes Asbestzementdach abrasiv gereinigt worden war.

Das Gericht sah keine Beeinträchtigungen der Nutzung des Grundstücks und der Umwelt, nachdem ein Gutachter die Fasern als in der Bodenmatrix fixiert sah. Und die daraus resultierenden Pressemeldungen, die Asbestabfälle zukünftig ebenfalls in Bodenmatrix fixieren möchte und gegebenenfalls „wilde“ Deponien von Asbestzementen in Wäldern ungeahndet bleiben lassen will, kann wohl auch durchaus kritisch gesehen werden[Koop 2021]. Ich halte das für mehr als fragwürdig, und es wird auch durch das Gerichtsurteil nicht gedeckt.

Ich vermute auch, die oben von mir angesprochenen biologischen Behandlungen von Asbestabfällen werden wohl auch nicht wahrscheinlicher, da hier extrem auf eine etwaige Mobilisierung der Fasern geachtet werden muss.

Es würde sich immer die Frage stellen, ob die Fasern biologisch abgebaut oder nur verlagert wurden und eventuell eines Tages an einem unverhofften Ort wieder auftauchen. Asbestfasern sind eben im Boden und im Grundwasser unter gegebenen Umständen durchaus recht mobil. Hierauf muss bei der Anlage der notwendigen Deponien für asbesthaltiges Material in Zukunft sicher auch geachtet werden. Und nein, „wildes“ vergraben asbesthaltiger Abfälle irgendwo im Waldboden (oder sonst wo) sollte immer strafbar sein.

Literaturverzeichnis

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