Weltweite Risikokarte für Mangan im Grundwasser erstellt

Mangan ist ein lebenswichtiges Spurenelement. In zu hoher Konzentration kann das Metall jedoch gesundheitliche Probleme verursachen. Zwei Eawag-Forscher haben nun eine weltweite Risikokarte für Mangan im Grundwasser erstellt.

Die Hälfte der Weltbevölkerung nutzt Grundwasser als Trinkwasser. Gemäß der Studie könnten 180 bis 220 Millionen Menschen Wasser mit erhöhten Mangankonzentrationen als Trinkwasser verwenden - deutlich mehr als bisher angenommen. Besonders betroffen sind dicht besiedelte Regionen Asiens.

Mangan gehört zu den häufigsten Metallen der Erdkruste und ist für den menschlichen Organismus unverzichtbar. Normalerweise nehmen Menschen es vor allem über Lebensmittel auf. In bestimmten Regionen kann jedoch auch Trinkwasser erhebliche Mengen enthalten. Lange Zeit galt dies als Problem, weil Mangan den Wassergeschmack beeinträchtigt und dunkle Verfärbungen im Bereich des Brunnenauslaufs hinterlässt.

In den letzten Jahren vermehrten sich jedoch die Hinweise auf gesundheitliche Folgen einer zu hohen Mangan-Aufnahme. Insbesondere bei Säuglingen und Kindern, so zeigen Studien, kann Mangan das Nervensystem schädigen. Die Weltgesundheitsorganisation (WHO) senkte deshalb im Jahr 2021 ihren Richtwert für Mangan im Trinkwasser von 400 auf 80 Mikrogramm pro Liter. Die Grenzwerte in der Schweiz und in der EU liegen noch tiefer, bei 50 Mikrogramm pro Liter.

Wie viele Menschen Wasser trinken, das diese Werte überschreitet, war allerdings bislang nicht klar. Eine neue Studie von zwei Forschenden der Eawag-Abteilung Wasserressourcen und Trinkwasser - Joel Podgorski, Umweltwissenschaftler und Erstautor sowie Geochemiker Michael Berg - liefert nun eine wichtige Grundlage, um dies zu ändern. "Das Hauptaugenmerk liegt bisher auf Trinkwasserrisiken wie Arsen, Fluorid oder Nitrat", sagt Michael Berg. "Im Gegensatz dazu wird Mangan noch wenig beachtet - und nur vereinzelt überwacht."

300.000 Messwerte zusammengetragen

Die beiden Forscher erstellten eine globale Vorhersagekarte für Manganbelastung im Grundwasser. Für die soeben im Fachmagazin "Nature Water" publizierte Studie trugen sie weltweit knapp 300.000 Grundwassermessungen aus wissenschaftlichen Publikationen, Behördenarchiven und öffentlichen Datenbanken zusammen. Anschließend verknüpften sie diese Daten mit mehr als 50 Umweltparametern, etwa zu Klima, Geologie, Topografie und Bodeneigenschaften.

Die Daten flossen in ein eigens entwickeltes Modell des maschinellen Lernens. Das Modell erkennt Muster, die mit hohen oder tiefen Mangan-Konzentrationen im Grundwasser zusammenhängen. Das ermöglicht Vorhersagen für Gebiete ohne Messdaten. So erstellten die Forschenden eine Weltkarte, die zeigt, wo der Richtwert für Mangan im Grundwasser voraussichtlich überschritten wird.

Die Modelle zeigen Risikogebiete auf allen Kontinenten. Besonders betroffen sind große Flussdeltas und junge Sedimentlandschaften in Südasien und Südostasien. Hotspots finden sich etwa im Ganges-Brahmaputra-Delta von Bangladesch und Indien, im Mekong-Delta, im Delta des Roten Flusses bei Hanoi, in Teilen Pakistans, aber auch entlang des Mississippi in den USA. Der Grund für diese Verteilung liegt in geochemischen Prozessen im Untergrund: Mangan ist häufig als Manganoxid in Sedimenten gebunden. Dieses wird unter sauerstoffarmen Bedingungen mikrobiell reduziert und löst sich im Grundwasser.

Neun von zehn Betroffenen leben in Asien

In einem zweiten Schritt kombinierten die Forscher die Belastungskarte mit Bevölkerungsdaten und Informationen zur Trinkwasserversorgung. Daraus ergab sich, dass weltweit zwischen 180 und 220 Millionen Menschen Wasser mit Mangankonzentrationen über dem WHO-Richtwert aufnehmen könnten. Mehr als 90 Prozent dieser Menschen leben in Asien. "Das hängt nicht nur mit den jungen Flusssedimenten zusammen, die dort die Anreicherung von Mangan im Grundwasser begünstigen", sagt Joel Podgorski. "Diese Regionen sind auch dicht bewohnt - und ein Großteil der Bevölkerung ist von unbehandeltem Grundwasser abhängig."

In der Schweiz ist die Manganbelastung laut den Forschern flächendeckend unbedenklich. Und auch im restlichen Europa ist das Risiko klein. Zwar identifiziert die Studie Gebiete mit hohen Belastungen unter anderem im Po-Delta in Norditalien oder in einem Gürtel von Polen bis nach Ostdeutschland. "Aber hier haben die allermeisten Menschen Trinkwasser aus dem Hahn, das mit moderner Technologie aufbereitet wird", sagt Michael Berg. "Deshalb unterscheiden sich die Karten der geologischen Belastung und jene der betroffenen Bevölkerung deutlich."

Um Mangan aus dem Trinkwasser zu entfernen, reicht laut ihm bereits eine einfache Aufbereitungsanlage. Denn sobald manganhaltiges Wasser mit Sauerstoff in Kontakt kommt, fällt es als Metalloxid aus. Es verwandelt sich wieder in eine feste, unlösliche Form - und kann aus dem Wasser herausgefiltert werden. "Das lässt sich schon mit einer einfachen Wasserbelüftung und einem Sandfilter bewerkstelligen", sagt Michael Berg.

Mangan und Arsen überlappen sich kaum

Schließlich verglichen die Forscher die neu erstellte Mangan-Karte mit Risiko-Karten für Arsen, die sie im Jahr 2020 publiziert hatten. Obwohl Arsen und Mangan oft durch ähnliche geochemische Prozesse entstehen, sind die örtlichen Überlappungen gering: Gemäß den Berechnungen liegen lediglich in rund vier Prozent der Hochrisikoflächen beide Stoffe gleichzeitig vor. Das hat Konsequenzen für die Wasserüberwachung: "Wer einen Brunnen auf Arsen testet, und keine Belastung findet, kann nicht automatisch Entwarnung geben - man muss auch auf Mangan testen", sagt Joel Podgorski.

Überhaupt ersetzt die Studie nicht Messungen vor Ort. "Unsere Karten zeigen Wahrscheinlichkeiten, keine Gewissheiten", sagt Berg. Doch die neuen Daten bilden eine wichtige Grundlage für Behörden, politische Entscheidungsträger und internationale Organisationen. Auf ihrer Basis lassen sich künftig Prioritäten setzen für den Bau von Trinkwasser-Aufbereitungsanlagen oder für zusätzliche Messprogramme.

» Originalpublikation

» Webseite der Groundwater Assessment Platform

Quelle: Eidgenössische Anstalt für Wasserversorgung, Abwasserreinigung und Gewässerschutz (Eawag)