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DAIMON 1&2 - Wie gehen wir mit versenkter Munition in der Ostsee um?

Projekt

 (c) Thomas Lang

Entscheidungshilfe für versenkte Munition in der Ostsee

Versenkte Munition im Meer stellt ein potentielles Risiko für Mensch und Umwelt dar. Alleine in der Ostsee liegen ca. 300 000 t konventionelle Munition am Meeresboden, und geschätzte 42 000 bis 65 000 t chemische Kampfstoffmunition wurden nach dem zweiten Weltkrieg versenkt. Welche Chemikalien oder Abbauprodukte sind im Fisch nachweisbar? Welche Gefahren gehen von ihnen aus, haben sie Wirkung auf die Fischgesundheit und auf Fischkonsumenten und wie gehen wir mit der versenkten Munition um? Diesen Fragen widmet sich das Forschungsprojekt DAIMON.

Hintergrund und Zielsetzung

Versenkte chemische und konventionelle Munition enthält ein breites Spektrum von gefährlichen Stoffen. Die zunehmende Nutzung des Meeresbodens für Offshore-Windparks, Kabeltrassen und Pipelines erhöht die Wahrscheinlichkeit eines Kontaktes mit z. T. noch funktionsfähiger Munition und das Risiko, dass die versenkte Munition chemische Kampfstoffe und toxische sprengstofftypische Verbindungen in die Umgebung freisetzt und damit ein potentielles Risiko für Mensch und Tierwelt darstellt. Darüber hinaus verschlechtert sich der Zustand der Munition durch Korrosion zusehends. Aus diesen Gründen gibt es eine anhaltende Diskussion darüber, wie das Umweltrisiko von versenkter Munition zu bewerten und zu behandeln ist. Das gilt vor allem in Bereichen, wo die versenkte Munition mit anderen Aktivitäten in Konflikt geraten kann.

DAIMON  zielt darauf ab, die Vor- und Nachteile verschiedener Management-Optionen für munitionsbelastete Gebiete in der Ostsee und im Skagerrak auf wissenschaftlicher Basis besser bewerten zu können. Damit stellt DAIMON ein konsequente Weiterführung der Vorgängerprojekte  CHEMSEA und MODUM dar, in denen es in erster Linie um die Erfassungen und um Methoden der Überwachung von Umwelteffekten durch versenkte chemische Kampfstoffmunition ging und konventionelle Munition unberücksichtigt blieb.

DAIMON 1 untersucht durch verschiedene Ansätze (Feldstudien, Käfigexpositions-Experimente und Toxizitätstests im Labor) eine breite Palette von Umweltauswirkungen chemischer und konventioneller Munition und entwickelt neue Methoden einer angemessenen Risikobewertung (Ecotox-Toolbox). Die Ergebnisse der Risikobewertung fließen in ein neues, auf mathematischer Modellierung basierendes Werkzeug zur  Entscheidungshilfe für Managementoptionen (DSS) ein.

In DAIMON 2 werden die erarbeiteten Methoden (Ecotox-Toolbox und DSS) an Entscheider und praktische Anwender vermittelt.

Vorgehensweise

Der Beitrag des Thünen-Instituts umfasst Felduntersuchungen (mit den Forschungsschiffen Walther Herwig III und Clupea) sowie Labor- und Käfigexperimente mit Fischen. Zu den untersuchten Parametern gehören Fischkrankheiten, Leber-Histopathologie, biologische Effekte, Toxizitätstests der relevanten Metaboliten mit dem Zebrafischtest und chemische Analytik des Sprengstoffs TNT und seiner Abbauprodukte.

In DAIMON 2 organisiert das Thünen-Institut zwei workshops zur Vermittlung der erarbeiteten Methoden an stakeholder. Einer der workshops wird voraussichtlich auf einem Forschungsschiff stattfinden.

Unsere Forschungsfragen

Konkret geht es darum, ob und wie sich die Sprengstoffe wie TNT (Trinitrotoluol) auf die Gesundheit der Fische auswirken. Die Erkenntnisse sollen helfen, Umweltrisiken besser zu bewerten und gezielte Maßnahmen zum Umgang mit versenkter Munition zu entwickeln.

Ergebnisse

Um die Auswirkungen von Sprengstoffen auf den Gesundheitszustand zu erfassen, untersuchten Forscher des Thünen-Instituts für Fischereiökologie Klieschen aus dem Munitions-Versenkungsgebiet Kolberger Heide und aus unbelasteten Vergleichsgebieten auf eine breite Palette von Krankheiten und Parasiten. Zusätzlich wurden Veränderungen im Blutbild und in der Leber untersucht. Auf diese Weise lässt sich eine differenzierte Aussage über den Gesundheitszustand jedes einzelnen Fisches treffen. Während sich im Befall mit Krankheiten und Parasiten sowie im Blutbild keine Unterschiede zeigten, ergab die Untersuchung der Leber deutliche Auffälligkeiten: Bei 25 % der Klieschen aus dem Versenkungsgebiet traten Lebertumore auf, während die Tumorrate bei Klieschen aus unbelasteten Gebieten nur bei knapp 5 % lag; ein statistisch signifikanter Unterschied. In welchem Maße bei diesem Befund das krebserregende TNT und seine Abbauprodukte eine Rolle gespielt haben, ist noch nicht eindeutig geklärt. Laborversuche im Thünen-Institut konnten erstmals zeigen, dass Abbauprodukte von TNT die DNA von Fischen schädigen – eine mögliche Erklärung für die gehäufte Tumorrate im Versenkungsgebiet.

Mit Hilfe von hochauflösender Analytik wurden mehrere spezifische Abbauprodukte von TNT in den in vitro-Versuchen identifiziert, darunter auch bisher unbekannte Substanzen. Diese Abbauprodukte wurden dann in der Gallenflüssigkeit von Klieschen aus dem Freiland gesucht und quantifiziert. Es zeigte sich, dass in 48% der Klieschen aus dem Versenkungsgebiet spezifische Abbauprodukte von Explosivstoffen nachweisbar waren. In Vergleichsgebieten lagen die positiven Befunde deutlich niedriger oder bei 0%.

Die Ergebnisse zeigen, dass Fische in der Lage sind, Sprengstoffe wie TNT zu potenziell toxischen Stoffen abzubauen und sich die Abbauprodukte als Marker für eine Exposition der Fische mit TNT eignen, da die Ausgangssubstanz oft nicht mehr nachweisbar ist.

Es wurden die Auswirkungen zum Teil in Wracks versenkter chemischer Kampfstoffe (CWA) auf die Gesundheit des atlantischen Schleimaals untersucht. Hierzu wurden die Lebern von Schleimaalen auf histopathologische Schädigungen verschiedener Kategorien untersucht: Schleimaale von einem Referenzstandort in der Nordsee, der ca. 400 km vom kontaminierten Gebiet im Skagerrak entfernt liegt, zeigten eine geringere Prävalenz aller untersuchten histopathologischen Leberschäden im Vergleich zu denen, die von CWA-kontaminierten Standorten stammten. Es konnten jedoch keine statistisch signifikanten Unterschiede in der Läsionsprävalenz zwischen den beiden Standorten festgestellt werden. Während bei Schleimaalen aus dem Referenzgebiet in der Nordsee die geringste Prävalenz an unspezifischen Läsionen beobachtet wurden, konnten hier ebenfalls keine präneoplastische Läsionen oder Tumore gefunden werden. Präneoplastische Läsionen (Herde zellulärer Veränderungen) sowie Tumore wurden nur in den Proben der Wrackstelle und seiner direkten Umgebung festgestellt. Auch eine Reihe anderer histopathologischer Leberveränderungen wurden mit einer höheren Prävalenz in den Skagerrak-Populationen, die in der Nähe der Wracks lebten, festgestellt, darunter Makrophagenaggregate sowie hydropische Degeneration von Hepatozyten.

Weitere Ergebnisse zeigen Unterschiede in der Biomarker-Reaktion zwischen Schleimaalen, die neben einem Wrack mit einer großen Menge an CWA-Munition gesammelt wurden, im Vergleich zu den Referenzstellen, was auf negative biologische Auswirkungen durch die CWAs hinweist.

Links und Downloads

Interreg Baltic Sea Region

Project brief

Thünen-Ansprechpartner


Beteiligte Thünen-Partner


Beteiligte externe Thünen-Partner


Zeitraum

3.2016 - 1.2021

Weitere Projektdaten

Projekttyp:
Projektstatus: abgeschlossen

Publikationen

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  1. Koske D, Straumer K, Goldenstein N, Hanel R, Lang T, Kammann U (2020) First evidence of explosives and their degradation products in dab (Limanda limanda L.) from a munition dumpsite in the Baltic Sea. Mar Pollut Bull 155:111131, DOI:10.1016/j.marpolbul.2020.111131
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  2. Niemikoski H, Koske D, Kammann U, Lang T, Vanninen P (2020) Studying the metabolism of toxic chemical warfare agent-related phenylarsenic chemicals in vitro in cod liver. J Hazard Mater 391:122221, DOI:10.1016/j.jhazmat.2020.122221
  3. Straumer K, Kraugerud M, Feist SW, Ahvo A, Lehtonen K, Lastumäki A, Ljønes M, Aa Tørnes J, Lang T (2020) The use of Atlantic hagfish (Myxine glutinosa) as a bioindicator species for studies on effects of dumped chemical warfare agents in the Skagerrak. 1: Liver histopathology. Mar Environ Res 161:105046, DOI:10.1016/j.marenvres.2020.105046
  4. Ahvo A, Lehtonen KK, Lastumäki A, Straumer K, Kraugerud M, Feist SW, Lang T, Aa Tørnes J (2020) The use of atlantic hagfish (Myxine glutinosa) as a bioindicator species for studies on effects of dumped chemical warfare agents in the skagerrak. 2. Biochemical biomarkers. Mar Environ Res 162:105097, DOI:10.1016/j.marenvres.2020.105097
  5. Koske D, Goldenstein N, Kammann U (2019) Nitroaromatic compounds damage the DNA of zebrafish embryos (Danio rerio). Aquatic Toxicol 217:105345, DOI:10.1016/j.aquatox.2019.105345

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