Biogeochemische Erkenntnisse zur Mobilisierung von Arsen im Grundwasser ländlicher Regionen Bangladeschs: Die Rolle von Methan und Ammonium

• Antragsteller: Professor Dr. Frank Keppler
• Fachliche Zuordnung: Hydrogeologie, Hydrologie, Limnologie, Siedlungswasserwirtschaft, Wasserchemie, Integrierte Wasserressourcen-Bewirtschaftung
• Förderung: Förderung seit 2025
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 576184236

Die Verunreinigung von Grundwasser mit Arsen stellt in vielen Regionen der Welt ein erhebliches Risiko für die öffentliche Gesundheit dar – besonders stark betroffen ist Bangladesch. Über 40 Millionen Menschen sind dort Grundwasser mit Arsengehalten ausgesetzt, die den Richtwert der Weltgesundheitsorganisation von 10 µg/L überschreiten. Trotz fast drei Jahrzehnten intensiver Forschung sind die biogeochemischen Prozesse, die zur Mobilisierung von Arsen in Aquiferen führen, bislang nur unvollständig verstanden. Ein mechanistisches Verständnis dieser Prozesse ist jedoch unerlässlich, um effektive standortspezifische und nachhaltige Sanierungsmethoden zu entwickeln. Im Zentrum dieses Projekts stehen die biogeochemischen Steuerungsprozesse der Arsenmobiliserung im Grundwasser ländlicher Regionen Bangladeschs. Besonderes Augenmerk gilt der Rolle von Methan und Ammonium als Elektronendonatoren bei mikrobiell vermittelter Reduktion von Eisen(III) – einem zentralen Mechanismus der Arsenauslösung. Erste Felddaten aus verschiedenen Untersuchungsstandorten in Bangladesch zeigen erhöhte Konzentrationen von Methan und Ammonium im Grundwasser, deren konkrete Beiträge zur Arsenmobilisierung jedoch noch ungeklärt sind. Wir stellen die Hypothese auf, dass die mikrobielle Oxidation von Methan und Ammonium, gekoppelt an die reduktive Auflösung arsenhaltiger Eisen(III)- Oxyhydroxiden, einen wesentlichen Beitrag zur Arsenfreisetzung in flachen bis mitteltiefen Aquiferen leistet. Zudem gehen wir davon aus, dass Methanbildung, vertikale Migration und anschließende Oxidation sowie die Umwandlung von Ammonium in räumlich und zeitlich getrennten Redoxzonen stattfinden. Diese Prozesse könnten durch saisonale Grundwasserneubildung, die Verfügbarkeit organischer Substanz und lokale hydrostratigraphische Gegebenheiten moduliert werden. Zur Überprüfung dieser Hypothesen werden wir tiefenspezifische und saisonal wiederholte Probenahmen von Grundwasser, Gasen und Sedimenten an zwei repräsentativen Standorten in Bangladesch durchführen. Mithilfe modernster stabilisotopenanalytischer Methoden sowie umfassender geochemischer, hydrologischer und mikrobieller Analysen sollen die maßgeblichen Transformationspfade von Methan und Ammonium und deren Bedeutung im Arsenkreislauf identifiziert werden. Besonderes Augenmerk liegt auf der Verknüpfung mikrobiologischer Daten mit hydrogeologischen und geochemischen Beobachtungen zur Aufklärung der relevanten mikrobiellen Stoffwechselprozesse. Durch die Integration der Daten aus Sediment-, Wasser- und Gasphasen über zeitliche und räumliche Gradienten hinweg werden wir ein prozessorientiertes konzeptionelles Modell der Arsenmobiliserung entwickeln. Dieses soll eine wissenschaftliche Grundlage für zukünftige Risikobewertungen und die Entwicklung effektiver, standortspezifischer Sanierungsstrategien liefern.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: Bangladesch, Großbritannien, Schweiz
• Mitverantwortliche: Professor Dr. Olaf Bubenzer; Dr. Caroline Buchen-Tschiskale
• Kooperationspartnerinnen / Kooperationspartner: Professor Dr. Kazi Matin Ahmed; Professor Dr. Moritz Felix Lehmann; Professor Dr. David Polya; Laura Richards, Ph.D.