Weltweit erstrecken sich die Bergbauaktivitäten über eine Fläche, die dem Sechsfachen der Schweiz entspricht. Insbesondere stillgelegte Bergwerke können drastische Auswirkungen auf die angrenzenden Ökosysteme haben. Fliessgewässer etwa müssen die äusserst sauren Ausflüsse der Bergbauminen aufnehmen. Diese enthalten extrem hohe Konzentrationen von gelösten Schwermetallen und Aluminium. In der Zone, in der sich die sauren Bergbauabwässer mit neutralen Fliessgewässern mischen, bilden sich weissliche, watteartige Flocken. Diese können sich auf dem Flussbett ansammeln oder mit dem fliessenden Wasser mitgerissen werden.

Flocken haben Lebensdauer von mehreren Wochen

Einem ETH-Forscher des Instituts für Terrestrische Ökologie ist es zusammen mit Wissenschaftlern aus Deutschland und den USA gelungen, die elementare Zusammensetzung, chemische Struktur und Entstehung dieser Flocken aufzuklären. Die Resultate werden in der aktuellen Ausgabe des Wissenschaftsmagazins "Science" (Ausgabe vom 27. September) präsentiert. Die Entstehung der watteartigen Substanz verläuft über die Bildung grosser strukturierter Komplexe mit 13 Aluminium-, 40 Sauerstoff- und 48 Wassserstoff-Atomen und deren anschliessender Aggregation. Der Komplex hat ein Molekulargewicht von über 1000 und einen Durchmesser von rund einem Nanometer. Dieses "Nanopartikel" bildet sich in der Mischzone von Bergbauausflüssen und Fliessgewässern innerhalb von Minuten und hat eine Lebensdauer von mehreren Wochen. Die grossen Mengen von giftigen Schwermetallen, die auch in den Abwässern der Bergwerke vorhanden sind, werden an die Nanopartikel chemisch gebunden und können so flussabwärts transportiert werden. Auch in Gebieten, in denen saurer Regen und schwach puffernde Böden aufeinandertreffen, wurden die gleichen weissen Aluminiumflocken gefunden, so im Erzgebirge in Sachsen, Deutschland.

Mit diesen Untersuchungen wurde ausserdem gezeigt, dass Nanopartikel auch in Ökosystemen eine bedeutende Rolle spielen können.