Citizen Science Projekt in Jena und Umgebung

Phosphor ist einer der wichtigsten Nährstoffe für sowohl Pflanzen als auch Tiere. Er wird für den Aufbau der DNA, den Energiestoffwechsel und vieles mehr benötigt. Deswegen wird Phosphor auch häufig in Form von Dünger dem Boden zugesetzt. Zu viel Dünger kann jedoch auch zu Problemen führen. Da das Pflanzenwachstum meist durch die Verfügbarkeit von Phosphor beschränkt ist, können sich schädliche Algenblüten bilden, wenn überschüssiger Phosphor von Böden in Gewässer gespült wird. Im Boden liegt Phosphor nie als freies Element, sondern immer in Kombination mit anderen Elementen wie Sauerstoff (insbesondere als Phosphat) oder Calcium vor.

Kalium ist sowohl für Pflanzen als auch für Tiere einer der wichtigsten Nährstoffe. Im Menschen sorgt Kalium unter anderem dafür, dass ein normaler Blutdruck aufrechterhalten werden kann. In Pflanzen dient es dazu den Zelldruck zu regulieren. Deswegen wird Kalium häufig in Form von Dünger dem Boden zugegeben. Da Kalium bereits natürlich in größeren Mengen in der Umwelt vorkommt, stellen erhöhte Konzentration in der Regel kein Problem dar. Im Boden kann Kalium als freies Element, aber auch in Verbindung mit anderen Elementen wie Chlor oder Sauerstoff vorkommen.

Stickstoff wird von Pflanzen und Tieren für viele Prozesse, wie zum Beispiel den Aufbau von Proteinen benötigt. Im Boden liegt Stickstoff zumeist als Bestandteil von Humus vor, welcher diesen jedoch nur über lange Zeiträume an die Umgebung abgibt. Um die Verfügbarkeit von Stickstoff zu erhöhen, leben einige Pflanzen in Symbiose mit Bakterien, die Stickstoff aus der Luft binden können. Um mehr Stickstoff für Pflanzen zur Verfügung zu stellen, wird dieser häufig auch über Dünger dem Boden zugeführt. Als Folge dessen liegen oft erhöhte Stickstoffmengen in Form des gut aufnehmbaren Nitrats vor. Überschüssiges Nitrat kann bei Regen leicht ins Grundwasser und Gewässer transportiert werden. Werden diese Gewässer zur Trinkwassergewinnung genutzt, so muss Nitrat entfernt werden, da es sonst im menschlichen Körper zu gefährlichem Nitrit umgebaut werden würde, welches den Transport von Sauerstoff im Blut stört. In unserem Forschungsprojekt wird der gesamte gebundene Stickstoff (total nitrogen bound, TNb) gemessen. Um einen hilfreicheren Wert zu erhalten, bestimmt man die Nitratmenge im Boden direkt vor Ort.

Kohlenstoff kommt im Boden in den verschiedensten Formen vor. So sind Carbonate (wie zum Beispiel Muschelkalk) oder Humus nur ein paar Beispiele für diese große Vielfalt. In unserem Forschungsprojekt wird der sogenannte „gesamte organische Kohlenstoff“ (total organic carbon, TOC) gemessen, welcher einen guten Anhaltspunkt für den Humusgehalt eines Bodens darstellt. Humus ist wichtig für den Boden, da er dem Boden Struktur verleiht und als Langzeitspeicher für Wasser und viele Nährstoffe wie Kalium oder Magnesium dient.

Magnesium ist sowohl für Pflanzen als auch für Tiere einer der wichtigsten Nährstoffe. Im Menschen ist Magnesium beispielsweise für eine fehlerfreie Funktion der Muskeln und Nerven wichtig. In Pflanzen findet es sich insbesondere im grünen Blattfarbstoff, dem Chlorophyll, welches für die Photosynthese unerlässlich ist. Deswegen kann Magnesium Bestandteil von Dünger sein. Erhöhte Konzentrationen in der Umwelt stellen in der Regel kein Problem dar. Im Boden kann Magnesium sowohl als freies Element, aber auch in Verbindung mit anderen Elementen wie Chlor oder Sauerstoff vorkommen.

Eisen ist eines der häufigsten Elemente in der Erdkruste. Auch industriell wird Eisen an vielen Stellen genutzt. So benötigt man es beispielsweise zur Herstellung von Stahl oder Gusseisen im Bauwesen oder der Autoindustrie. Aber auch Pflanzen und Tiere benötigen Eisen als Mikronährstoff. Besonders bekannt ist Eisen als Bestandteil des Blutes in Form von Hämoglobin – dem „roten Blutfarbstoff“. Wird die von unserem Körper benötigte Menge an Eisen allerdings über- oder unterschritten, so kann es zu Problemen kommen. Bei einer natürlichen Ernährung (ohne Eisenpräparate) ist ein Eisenmangel jedoch wesentlich wahrscheinlicher als eine Überversorgung. Im Boden liegt Eisen selten als freies Element vor. Meist kommt es in Verbindung mit anderen Elementen wie Schwefel oder Sauerstoff vor.

Mangan hat vornehmlich für Pflanzen eine hohe Bedeutung. Hier spielt es eine entscheidende Rolle in der Photosynthese. Aber auch für Tiere ist Mangan ein notwendiger Mikronährstoff. Wird die von unserem Körper benötigte Menge jedoch über- oder unterschritten, so kann es zu Problemen kommen. Eine zu hohe Aufnahme von Mangan über Lebensmittel wie selbst angebaute Pflanzen ist jedoch sehr unwahrscheinlich. Im Boden kommt Mangan nicht als freies Element, sondern meist in Verbindung mit Sauerstoff als Braunstein vor.

Kupfer ist nicht nur ökonomisch als Wärme- oder Stromleiter wichtig, sondern wird auch von Pflanzen und Tieren als Mikronährstoff benötigt. Wird jedoch die von unserem Körper benötigte Menge über- oder unterschritten, so kann es zu Problemen kommen. Dies tritt jedoch selten auf. Im Boden kann Kupfer in vielen Formen vorliegen: Beispielsweise als freies Element oder in Verbindung mit anderen Elementen wie Eisen und Schwefel.

Zink wurde bereits früh in der menschlichen Geschichte in Form von Legierungen verwendet. Wird Zink beispielsweise mit Kupfer kombiniert, so erhält man Messing. Aber auch in Pflanzen und Tieren lässt sich Zink als Mikronährstoff finden. Wird die von unserem Körper benötigte Menge an Zink jedoch über- oder unterschritten, so kann es zu Problemen kommen. Diese treten allerdings eher bei Pflanzen als bei Tieren auf. Auch wenn Zink beispielsweise häufiger als Kupfer in der Erdkruste vorkommt, so kommt es doch nur sehr selten als freies Element vor. Meist liegt es in Verbindung mit anderen Elementen wie Schwefel oder Sauerstoff vor.

Nickel ist in vielen Legierungen enthalten, die bspw. zum Schutz von Stahl genutzt werden. Inwiefern Nickel für den Menschen notwendig ist, ist umstritten: Die wenigen Proteine, die im menschlichen Körper Nickel enthalten, können ihre Funktion auch ohne Nickel erfüllen. Besonders bekannt ist Nickel dafür, Kontaktallergien beim Menschen auslösen zu können. Deswegen ist die Verwendung in Schmuck und anderen Produkten häufig durch Gesetze eingeschränkt. Im Boden kommt Nickel selten als freies Element vor, sondern meist in Verbindung mit anderen Elementen wie Schwefel oder Eisen.

Chrom wird in Form von Legierungen zum Schutz von Stahl eingesetzt. Auch findet es Einsatz bei der Herstellung von Leder. Bezüglich der Gefährlichkeit von Chrom für den Menschen muss zwischen zwei Formen unterschieden werden. Das sogenannte Chrom(III) stellt nur in seltenen Fällen ein Problem dar, wohingegen Chrom(VI) sehr giftig ist und die DNA schädigt. In welcher Form Chrom letztendlich vorliegt, hängt von den jeweiligen Umweltbedingungen ab. Im Boden kommt Chrom allgemein selten als freies Element vor, sondern meist in Verbindung mit anderen Elementen wie Sauerstoff oder Eisen.

Arsen findet heutzutage vornehmlich Anwendung in der Halbleiterindustrie. Für manche Tierarten ist Arsen in geringen Mengen ein notwendiges Element. Der Mensch scheint jedoch nicht dazu zu gehören. Stattdessen bewirkt eine erhöhte Einnahme von Arsen gefährliche Probleme, wie eine Behinderung der DNA-Reparatur oder eine Störung des Energiestoffwechsels. Im Boden kommt Arsen in geringen Konzentrationen praktisch überall vor. Dabei tritt es sowohl als freies Element, als auch in Verbindung mit anderen Elementen wie Kupfer oder Schwefel auf.

Blei wurde früher in großen Mengen als Antiklopfmittel im Benzin verwendet. Heutzutage wird es vornehmlich in Autobatterien genutzt. Der Einsatz von Blei in Jagdmunition und beim Angeln wird derzeit kritisch diskutiert und ist bereits teils verboten. Dies liegt insbesondere an der hohen Gefährlichkeit für Tiere, wie der Störung der Produktion des roten Blutfarbstoffes Hämoglobin und schädlicher Effekte auf das Nervensystem. Im Boden findet sich Blei natürlicherweise in geringen Konzentrationen. Ein Großteil der erhöhten Belastungen ist jedoch auf den Menschen zurückzuführen. Blei kann sowohl als freies Element, aber auch in Verbindung mit anderen Elementen wie Schwefel oder Sauerstoff vorkommen.

Cadmium ist ein seltenes Element in der Erdkruste, welches industriell für verschiedene Anwendungen wie zum Korrosionsschutz oder in der Halbleiterproduktion genutzt wird. In der Europäischen Union ist die Verwendung für Schmuck, Legierungen zum Löten oder für Batterien bereits seit einigen Jahren verboten. Dies liegt insbesondere an der hohen Gefährlichkeit von Cadmium für den Menschen, die sich unter anderem in einer Störung der Protein-Produktion und Knochenschmerzen widerspiegelt. Im Boden kommt es selten als freies Element, sondern meist in Verbindung mit anderen Elementen wie Sauerstoff oder Schwefel vor.

Der pH-Wert gibt an, wie sauer ein Boden ist. Je saurer ein Boden ist, desto mehr Wasserstoffprotonen (H⁺) liegen in ihm vor. Wie sauer ein Boden ist, beeinflusst dabei wie Nähr- und Schadstoffe im Boden vorliegen. So sorgen zu viele Wasserstoffprotonen zum Beispiel dafür, dass Nährstoffe aus dem Boden gespült werden und Schadstoffe freigesetzt werden. Manche Pflanzen bevorzugen saure Böden, andere Pflanzen eher basische Böden mit weniger Wasserstoffprotonen. Der pH-Wert kann recht einfach direkt vor Ort bestimmt werden.

Mikroplastik sind winzige Kunststoffteilchen, die mittlerweile an den verschiedensten Stellen in der Umwelt, aber auch im Menschen gefunden wurden. Problematisch ist Mikroplastik, da es als Transportmittel für diverse Bestandteile des Kunststoffes selbst (wie Weichmacher oder Flammschutzmittel), aber auch für andere Schadstoffe dienen kann. Im menschlichen Körper können diese Substanzen dann freigesetzt werden und so möglicherweise Schäden anrichten. Auch im Boden lässt sich Mikroplastik finden. Es wird durch die Luft, gekaufte Erde und andere Wege eingetragen. Zu diesem Zeitpunkt ist die Analyse von Mikroplastik in unserem Forschungsprojekt nicht für jede eingesandte Probe geplant, sondern wird eventuell großflächig in folgenden Projekten analysiert.