Eingang zum Volltext in OPUS


Hinweis zum Urheberrecht

Dissertation zugänglich unter
URN: urn:nbn:de:gbv:luen4-opus-142477
URL: http://opus.uni-lueneburg.de/opus/volltexte/2013/14247/


Alternative Halogenated Flame Retardants versus PBDEs in the Global Marine Environment – Occurrence, Distribution and Long-Range Atmospheric Transport toward the Polar Regions

Alternative Halogenierte Flammschutzmittel im Vergleich mit PBDEs in der Globalen Marinen Umwelt - Vorkommen, Verteilung und Atmosphärischer Langstreckentransport in die Polarregion

Möller, Axel

pdf-Format:
Dokument 1.pdf (33.436 KB)

Bookmark bei Connotea Bookmark bei del.icio.us
SWD-Schlagwörter: Flammschutzmittel , Schadstoff , Schadstofftransport , Polarraum
Freie Schlagwörter (Deutsch): PBDEs , Langstreckentransport , Polarregionen
Freie Schlagwörter (Englisch): PBDEs , flame retardant , long-range transport , pollutants , polar regions
Institut: Chemie
DDC-Sachgruppe: Chemie
Dokumentart: Dissertation
Hauptberichter: Ruck, Wolfgang (Prof. Dr.)
Sprache: Englisch
Tag der mündlichen Prüfung: 19.02.2013
Erstellungsjahr: 2012
Publikationsdatum: 27.03.2013
Kurzfassung auf Englisch: Halogenated flame retardants (HFRs) have been applied since the 1960s in various industrial and consumer products to protect humans as well as private and public possessions. In the past decade polybrominated diphenyl ethers (PBDEs), formerly the major applied HFRs were widely restricted and adopted as Persistent Organic Pollutants (POPs) in the Stockholm Convention due to their adverse effects on humans and the environment as well as their ubiquitous occurrence in the global environment. Besides PBDEs, various alternative HFRs have been applied for decades as well, or were recently developed to replace PBDEs. However, their potential adverse properties, environmental distribution and fate are largely unknown. Therefore, this thesis addresses the global occurrence, distribution and transport of alternative HFRs versus PBDEs in the marine atmosphere and seawater toward the Polar Regions in order to examine their longrange atmospheric transport (LRAT) potential. This thesis presents the first data on alternative HFRs in the atmosphere of the marine environment and the Polar Regions.
Alternative brominated flame retardants (BFRs), Dechlorane compounds and PBDEs were investigated in high-volume air and seawater samples taken along several sampling transects in the Atlantic Ocean, Pacific Ocean and Indian Ocean toward the Polar Regions of the Arctic and Antarctic. In addition, three sampling cruises were conducted in the German Bight, North Sea. Several alternative HFRs were detected in the global marine atmosphere and seawater with hexabromobenzene (HBB), pentabromotoluene (PBT), pentabromobenzene (PBBz), 2,3- dibromopropyl-2,4,6-tribromophenyl ether (DPTE) and Dechlorane Plus (DP) being the predominant compounds which were observed in concentrations similar or even higher than PBDEs. Total atmospheric concentrations ranged from <1 pg m-3 over the open oceans up to 42 pg m-3 over the East Indian Archipelago. Seawater concentrations ranged from <1 pg L-1 in open ocean seawater up to 21 pg L-1 in coastal regions, while estuarine concentrations reached up to 6800 pg L-1. Overall, the comparison revealed that alternative HFRs dominate versus PBDEs in air and seawater, both in coastal regions as well as the Polar Regions, showing a shift from PBDEs toward alternative HFR in the marine atmosphere and seawater.
The distribution in the global atmosphere was strongly influenced by the proximity to potential source regions and the pathway of the sampled air masses. Highest concentrations were observed in continentally influenced air masses, while low background concentrations occurred during sampling of oceanic remote air masses. In general, Western Europe, East and Southeast Asia but also Africa were identified as source regions for the marine environment, especially for alternative HFRs as well as BDE-209. In contrast, relatively low peak concentrations of the PBDE congeners of the Penta- and OctaBDE mixtures under continental influence were observed, indicating limited emissions of legacy PBDEs.
The dry air-seawater gas exchange estimation showed that the atmosphere is a source for seawater resulting in net deposition into the global oceans after atmospheric emissions and transport, both in coastal regions as well as in the open oceans. Besides atmospheric depositions, riverine discharge was shown to act as source for coastal environments.
The investigation of sampling transects toward the Polar Regions revealed that several alternative HFRs – in particular HBB, PBT, DPTE, PBBz and DP – undergo LRAT toward the Polar Regions in an extent similar to PBDEs and, therefore, meet the LRAT criterion of POPs under the Stockholm Convention. DP was found to undergo LRAT attached to airborne particles whereby stereoselective LRAT differences were shown for the two DP stereoisomers. With respect to LRAT, the results of this thesis therefore imply that alternative HFRs – in particular HBB, PBT, DPTE and DP – aren’t suitable replacements for PBDEs, but chemicals of emerging global environmental concern and possible future POPs.
Kurzfassung auf Deutsch: Halogenierte Flammschutzmittel (HFRs) werden seit den 1960er Jahren vielfältig in Industrie- und Konsumgütern eingesetzt um Menschen sowie private und öffentliche Besitztümer zu schützen. Im letzten Jahrzehnt wurden die ehemals meist verwendeten HFRs, die polybromierten Diphenylether (PBDEs), aufgrund ihrer nachteiligen Eigenschaften für Mensch und Umwelt und ihres ubiquitären Vorkommens in der Umwelt weitreichend reguliert und als Persistente Organische Schadstoffe (POPs) in die Stockholmer Konvention aufgenommen. Neben PBDEs wurden verschiedene alternative HFRs ebenfalls seit Jahrzehnten verwendet oder erst kürzlich als Ersatzstoffe für PBDEs entwickelt. Ihre möglichen negativen Eigenschaften und Verteilung und Transport in der Umwelt sind aber weitgehend unbekannt. Daher befasst sich diese Arbeit mit dem globalen Vorkommen, der Verteilung und dem Transport von alternativen HFRs in der marinen Atmosphäre und im Meerwasser im Vergleich mit PBDEs, um so das mögliche Potential atmosphärischen Langstreckentransports (LRAT) zu untersuchen. Diese Arbeit zeigt die ersten Daten zu alternativen HFRs in der Atmosphäre der marinen Umwelt und den Polarregionen.
Alternative bromierte Flammschutzmittel (BFRs), Dechlorane und PBDEs wurden in hochvolumigen Luft- und Meerwasserproben entlang verschiedener Probenahmetransekte in dem Atlantischen Ozean, Pazifischen Ozean und Indischen Ozean bis in die Polarregionen der Arktis und Antarktis untersucht. Zusätzlich wurden drei Probenahmekampagnen in der Deutschen Bucht der Nordsee durchgeführt. Verschiedene alternative HFRs wurden in der globalen marinen Atmosphäre und im Meerwasser nachgewiesen. Dabei dominierten besonders Hexabrombenzol (HBB), Pentabromtoluol (PBT), Pentabrombenzol (PBBz), 2,3-Dibrompropyl- 2,4,6-Tribromphenylether (DPTE) und Dechlorane Plus (DP) welche in vergleichbaren und sogar höheren Konzentrationen als PBDEs gefunden wurden. Die Gesamtkonzentration in der Atmosphäre lag zwischen <1 pg m-3 über den offenen Weltmeeren bis maximal 42 pg m-3 über dem East Indian Archipelago. Konzentrationen im Meerwasser lagen zwischen <1 pg L-1 in den offenen Weltmeeren bis maximal 21 pg L-1 in küstennahen Regionen, wobei in Ästuaren Konzentrationen bis zu 6800 pg L-1 auftraten. Der Vergleich von alternativen HFRs mit PBDEs hat aufgezeigt, dass alternative HFRs mittlerweile in Luft und Meerwasser sowohl aus Küstenregionen als auch den Polarregionen dominieren.
Die Verteilung in der globalen Atmosphäre zeigte sich stark beeinflusst von der Entfernung zu möglichen Quellenregionen und der Luftmassenherkunft. Die höchsten Konzentrationen traten bei kontinentalen Luftmassen auf, wohingegen ozeanische Luftmassen zu niedrigen Hintergrundkonzentrationen führten. Westeuropa, Ost- und Südostasien aber auch Afrika wurden allgemein als Quellenregionen besonders für alternative HFRs und BDE-209 identifiziert. Im Gegensatz dazu wiesen relativ geringe Spitzenkonzentrationen von PBDE-Kongeneren der Penta- und OktaBDE Mischungen unter kontinentalen Luftmasseneinflüssen auf limitierte Emissionen der verbotenen PBDEs hin.
Die Abschätzung des Gas-Wasser Austauschs zwischen Atmosphäre und Meerwasser hat aufgezeigt, dass die Atmosphäre eine Quelle für HFRs in Meerwasser darstellt, was folglich, nach Emissionen von HFRs in die Atmosphäre und atmosphärischem Transport, zur Deposition aus der Atmosphäre sowohl in küstennahe Regionen als auch offene Weltmeere führt. Neben atmosphärischen Depositionen wurden Einträge über Flüsse als Quelle für Küstenregionen identifiziert.
Die Untersuchung entlang von Transekten bis in die Polarregionen hat gezeigt, dass verschiedene alternative HFRs – speziell HBB, PBT, PBBz, DPTE und DP – in gleichem Maße wie PBDEs über lange Strecken atmosphärisch bis in die Polarregionen transportiert werden und somit das Kriterium zu Langstreckentransport von POPs der Stockholmer Konvention erfüllen. DP wird gebunden an atmosphärische Partikel über lange Strecken transportiert, wobei stereoselektive Unterschiede im Transportverhalten der beiden Stereoisomere von DP beobachtet wurden. Basierend auf dem Potential zu Langstreckentransport zeigt diese Arbeit, dass alternative HFRs – speziell HBB, PBT, DPTE und DP – keine geeigneten Ersatzstoffe für PBDEs sind, sondern vielmehr Chemikalien von wachsender globaler Umweltrelevanz und mögliche zukünftige POPs.


Home | Suchen | English
Fragen und Anregungen an mylatz@leuphana.de
Letzte Änderung: 30.05.12