Arsen

Arsen ist ein Halbmetall mit Ordnungszahl 33, das in den Oxidationsstufen -III, 0, +III und +V vorkommt. Es kann in der Luft, im Wasser und dem Boden vorkommen und ist dort nicht nur als ein anthropogen eingebrachter Schadstoff, sondern auch natürlich vorhanden.

Schädliche Wirkung

Obwohl geringe Mengen an Arsen harmlos sind, beeinträchtigt eine höhere Dosis die Funktionen von rund 200 Enzymen im Körper, was Hautkrankheiten, Schäden an der Leber, den Nieren und dem zentralen Nervensystem sowie Krebs verursachen kann. Die akuten Symptome einer Arsenvergiftung sind Erbrechen, taube Gliedmaßen und Muskelkrämpfe. Nimmt man mehrere Jahre große Mengen auf kommt es zur Verdickung und Verfärbung der Haut, sowie zu Läsionen. Diese Läsionen können sich zu Krebs entwickeln.
Arsen kann über die Atmung, das Trinkwasser und die Nahrung aufgenommen werden, weshalb es in Deutschland Grenzwerte für Arsen gesetzlich in der Trinkwasserverordnung, Grundwasserverordnung, Bundes-Immisionsschutzverordnung und Bundes-Bodenschutz- und Altlastenverordnung vorgeschrieben sind:

Gesetzliche Grenzwerte für Arsen

Wirkungspfad	Grenzwert	Gesetz
Grundwasser	10 µg/L	GrwV
Trinkwasser	10 µg/L	TrinkwV
Luftemissionen	0,05 mg/m3	BImSchV
Luftimmisionen	6 ng/m3	BImSchV
Boden (Kinderspielflächen)	25 mg/kg	BBodSchV
Boden (Industrie- und Gewerbegrundstücke)	140 mg/kg	BBodSchV

Belastete Materialien

Arsenblende oder "Rauschgelb", auch Auripigment genannt. Foto: W. Stoiber, 2023.

Arsen bildet zahlreiche Minerale wie Arsenkies (Arsenopyrit) FeAsS, Realgar AsS, Auripigment AsS₃ und Skutterudit CoAs₃. In vielen Mineralen ist Arsen fest gebunden und damit ungefährlich, manche Arsen-Minerale wie Arsenolith und Claudetit sind allerdings schon bei Berührung toxisch. Auch reines, metallisches Arsen kommt in der Natur vor und wird als graues Arsen bezeichnet. Außerdem tritt es manchmal in geringen Mengen in Pyrit oder Sphalerit auf. Auch Kohle kann arsenhaltig sein, wird sie verbrannt, gelangt Arsen in die Atmosphäre. Da Arsen ein Bestandteil von einigen Pestiziden ist, können außerdem Lebensmittel und Tabak belastet sein, allerdings werden diese Pflanzenschutzmittel immer seltener eingesetzt und sind in vielen Ländern mittlerweile verboten. Auch in Abräumen oder Tailings wie Rotschlamm aus der Bauxit-Verarbeitung können erhöhte Arsen-Werte gemessen werden. Hier bleibt das natürlich in Erzen enthaltene Arsen zurück, da es nicht weiter verwertet werden kann, während wertvolle oder nützliche Elemente wie Aluminium abgereichert werden. Dadurch ist die Arsen-Konzentration in den Tailings höher als die ursprüngliche Konzentration im Gestein.
Im Durchschnitt beträgt die Konzentration von Arsen in der Lithosphäre 1-2 mg/kg, allerdings gibt es Regionen, in denen die Belastung deutlich höher ausfällt. Ein prominentes Beispiel hierfür ist Bangladesch. Aber auch im Münchner Untergrund finden sich in den tertiären Sedimenten erhöhte Arsenkonzentrationen.
Auch Trinkwasser kann geogen belastet sein. Im Wasser tritt es in den Verbindungen Arsenit (AsO₃) und Arsenat (AsO₄) auf. Sowohl dreiwertiges als auch fünfwertiges Arsen ist – anders als andere giftige Metalle wie Blei oder Cadmium – bei allen pH-Werten und in reduzierenden und oxidierenden Verhältnissen in Wasser löslich. Es kann aus Sedimentgesteinen ans Wasser abgegeben werden, unter anderem von Eisenoxiden und -hydroxiden, sowie Silikaten. Das an Eisenoxidmineralen adsorbierte Arsen wird in reduzierenden Bedingungen mobilisiert, wie sie zum Beispiel in tiefen, anoxischen Aquiferen vorliegen. Noch häufiger als in Eisen(hydr)oxiden adsorbiert Arsen an Silikaten wie Feldspäten, Tonmineralen und Glimmern, 75% des in Sedimentgesteinen vorkommenden Arsens ist an ihnen gebunden. Bei steigendem pH-Wert und bei niedrigem Eh-Wert wird dieses Arsen von den Mineralen abgegeben und kann ins Trinkwasser gelangen. Um das Arsen aus dem Trinkwasser zu entfernen, können Substrate zugegeben werden, an denen das Arsen adsorbiert. Die belasteten Rückstände werden danach entsorgt. Wenn neben Arsen auch Eisen im Wasser gelöst ist, kann letzteres durch eine Belüftung des Wassers oxidiert und damit ausgefällt werden, wobei Arsen mitgefällt wird, um die Schadstoffkonzentration so zu senken.

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Quellen:
Hilberg, S. (2015): Umweltgeologie: Eine Einführung in Grundlagen und Praxis. – 245 S., Springer-Verlag, Heidelberg.
Gill, R. (2020): Chemische Grundlagen der Geo- und Umweltwissenschaften. – 284 S., 2. Auflage, Springer Spektrum, Heidelberg.
Okrusch, M. & Frimmel, H. (2022): Mineralogie: Eine Einführung in die spezielle Mineralogie, Petrologie und Lagerstättenkunde. –843 S., 10.Aufl., Springer-Verlag.
Alam, S., Wu, Y. & Cheng, T. (2014): Silicate Minerals as a Source of Arsenic Contamination in Groundwater. Water Air Soil Pollut (2014) 225:2201.
Aßbichler, D., Weichselgartner, N., Diesner, N., Kayalar, M., Otte, C., Heuss-Aßbichler, S., Tautenhahn, S. & Friedrich, A. (2024): Mineralogy – the key to understanding and predicting the elution behavior of arsenic. EGU General Assembly 2024.

Autorin:

Dieser Artikel wurde geschrieben und gegengelesen von:

Kathrin Wolf

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