6-3 Schwermetalle

Schwermetallkontaminationen stellen insbesondere für Vogelarten im höheren Trophieniveau wie Eulen, Greifvögel und Seevögel ein besonderes Problem dar. Ihre exponierte Stellung am Ende der Nahrungskette bedingt hohe Akkumulationsraten in Bereichen mit hohen Hintergrundkonzentrationen z. B. aus Bergbau- und Verhüttungsanlagen, Kohlekraftwerke. Insbesondere die Aufnahme von Aas, Aufbrüchen oder angeschossenen Beutetieren, die mit Partikeln aus der bleihaltigen Jagdmunition durchsetzt sind, kann zu einer erheblichen Belastung mit Schwermetallen führen. Fakultative und obligate Aasfresser (See- und Steinadler, Mäusebussarde, Rotmilane, Gänse-, Mönchs-, Bart- und Schmutzgeier) sind stark von dieser Bleiquelle betroffen. Eine besondere Bedeutung ergibt sich aus der hohen Toxizität dieser Stoffgruppe. Die Empfindlichkeit gegenüber verschiedenen Schwermetallen variiert sowohl zwischen den Vogelarten wie auch individuell. Auch für Singvogelarten (Gorissen et al. 2005, Scheifler et al. 2006) und Wasservögel wie Enten, Schwäne und Gänse (Mateo 2009) können Schwermetallvergiftungen relevant sein.

Als Langzeitwirkungen von Luftverschmutzungen im Einwirkungsbereich von Metallverhüttungen in Finnland wurden von Eeva et al. (2002:234f.) Schwermetallkontaminationen als Ursache für den Bestandsrückgang von Vogelarten festgestellt. Dichteabnahmen wurden für Arten dokumentiert, die sich spezifischen nahrungsökologischen, der Aufnahme kontaminierter Nahrung besonders exponierten Gruppen zuordnen ließen. Subakute Vergiftungen wirken sich äußerlich sichtbar als Abmagerung, Verhaltensänderungen wie z. B. Verlust der Scheu vor Menschen oder als Muskelverkrampfungen aus (Bezzel & Fünfstück 1995).

Für Vögel sind sowohl akute wie auch chronische Vergiftungen mit den Schwermetallen Blei und Quecksilber besonders relevant (s. nachfolgende Datensätze). Diese potenziell toxischen Schwermetalle werden durch die Verbrennung fossiler Rohstoffe, Müllverbrennung, Industrie und Verkehr freigesetzt. Bei der Verwendung von Quecksilber als Saatgutbeizmitteln (Becker 2003) wurden Verluste bei Saatkrähen und Seeadlern nachgewiesen (Oehme 1981). Durch gesetzliche Reglementierungen sind inzwischen einige der größten Belastungsquellen der relevanten Schwermetalle wie z. B. quecksilberhaltige Saatgutbeizmittel in der landwirtschaftlichen Produktion ausgeschlossen. Ihre industrielle und pharmazeutische Verwendung ist insgesamt eingeschränkt und weiter rückläufig. Dementsprechend konnte auch für zahlreiche Arten und Artengruppen (zuletzt bei den Seevögeln) bei räumlichen Unterschieden seit den 1990er Jahren - von einem toxikologisch kritischen Niveau ausgehend - ein Rückgang der Kontamination festgestellt werden (z. B. Becker & Muñoz Cifuentes 2004).

Für die Bundesländer Brandenburg und Berlin wurden beispielsweise im Rahmen der Untersuchungen von Belastungen bei Greifvögeln und Eulen die höchsten Median- und auch Maximalwerte für Quecksilber in Organproben von Fisch- und Seeadlern sowie Habichten analysiert. Auffallend hohe Bleiwerte lagen für Seeadler vor. Bei Cadmium zeigten Rotmilane, Mäusebussarde und Sperber die höchsten Medianwerte. Zinkkonzentrationen lagen unterhalb der Werte, die bei Vögeln mit Zinkintoxikationen nachgewiesen wurden. Wie bei der Belastungssituation durch Zink waren auch die Cadmiumwerte ohne toxikologische Relevanz (Kenntner et al. 2006).

Differenzierte Ausführungen zur Belastungssituation von Vögeln und deren Lebensräumen mit Schwermetallen sowie zu den möglichen Auswirkungen finden sich z. B. bei:
Weber et al. (1998), Becker (2001), Kenntner et al. (2004), Langgemach et al. (2006), Watson et al. (2009), Beyer et al. (2011), Kanstrup et al. (2020) und v. a. im aktuellen Review von Monclús et al. (2020).

Konsequenzen einer erhöhten Schwermetallbelastung können - abhängig vom Umfang - z. B. Verringerung des Bruterfolgs bzw. der Überlebenswahrscheinlichkeit von Individuen, Brutpaarverlust, Bestandsrückgang oder Beeinträchtigung bzw. Erlöschen lokaler (Teil-) Populationen sein.

6-3 Schwermetalle

A: Beeinträchtigungen durch Blei

Die toxikologische Relevanz von Blei als Umweltschadstoff aus Industrie-Emissionen wird aktuell als eher gering eingeschätzt (Langgemach et al. 2006:320f.). Altlasten sind jedoch immer noch u. a. als Hinterlassenschaften in Hausmülldeponien, im Umfeld von Schießsportanlagen und an Straßenrändern relevant. Entlang von Straßen wurden sowohl bei Insekten, Kleinsäugern als auch in Organen und Federn von verschiedenen Vogelarten erhöhte Bleikonzentrationen festgestellt, die jedoch unterhalb des toxischen Niveaus blieben (Reijnen & Foppen 1991:29, Demuth & Streit 1989:615).

Auch im Sediment von Flüssen, Seen und Meeren ist immer wieder biologisches Kontaminationspotenzial vorhanden, welches über Remobilisierung in die Umwelt gelangen kann. Reaktivierungen dieser Belastungsquellen ergeben sich auf natürlichen Wegen durch Sturmflut- und Tidedynamik, aber auch z. B. bei Ausbau, Vertiefung und Ausbaggerungen von Fahrrinnen und der Entschlammung von Hafenbecken sowie bei Veränderungen von Wassertemperatur und -chemismus. Seevögel können als Vektoren von Schwermetallbelastungen für Böden im Nahbereich von großen Seevogelkolonien relevant sein (Ziólek et al. 2017, Shoji et al. 2019). Sie sind jedoch nach Walsh (1990) nur bedingt geeignete Indikatoren für die Abbildung von unterschiedlichen Belastungen der Meeresumwelt, wenn nicht physiologische oder saisonale Einflüsse berücksichtigt werden.

Ein akutes Problem stellen Vergiftungen durch Bleimunition aus der Jagd dar.Seit geraumer Zeit ist bekannt, dass Bleischrote bei der Jagd auf Wasservögel aus Flinten verschossen zu Bleivergiftungen führen. Insbesondere gründelnde, aber auch tauchende Wasservögel nehmen die Bleischrote als Magensteinchen auf oder verwechseln sie mit Pflanzensamen. Für Großbritannien wird geschätzt, dass jeden Winter 50.000-100.000 Wasservögel infolge von Bleivergiftungen verenden (Pain et al. 2015). Unter anderem zur Reduktion dieser Form von Bleivergiftungen hat Deutschland das "African-Eurasian Waterbird Agreement" (AEWA) unterzeichnet. Ein Beschluss der EU-Kommission verbietet seit 2020 mit einer Übergangsfrist von zwei Jahren bleihaltige Schrotmunition in und über Feuchtgebieten. Die Bundesländer hatten bereits mehrheitlich entsprechende Korrekturen zum Verbot von bleihaltiger Schrotmunition für die Jagd auf Wasservögel in ihre Landesjagdgesetze übernommen. Alternativen stellen z. B. Weicheisen- oder Wismutschrote für die Enten- und Gänsejagd dar. Untersuchungen von Kanstrup et al. (2019) haben jedoch ergeben, dass bei der Verwendung von Wismutlegierungen weiterhin Spuren von Blei in die Umwelt und damit in die Nahrungsketten gelangen.

Letale, auf die Gämsenbejagung zurückzuführende Bleivergiftungen wurden z. B. bei Steinadlern (Bezzel & Fünfstück 1995) festgestellt. Auch bei Rohrweihen konnten in Spanien erhöhte Mortalität und geringere Reproduktion auf Bleivergiftungen zurückgeführt werden. Ein Anstieg der Sterblichkeit oder der Blutbleispiegel bei Greifvögeln und anderen Aasfressern wie Rabenvögeln, die mit der Jagdsaison korrelieren, wurde in den untersuchten Populationen mehrfach nachgewiesen (Pain et al. 1997a:4f., Kramer & Redig 1997, Mateo et al. 1999:439, Cade 2007, Craighead & Bedrosian 2007, Krone et al. 2009a, Cruz-Martinez et al. 2012, Kelly et al. 2014).

Die orale Aufnahme von metallischen Bleipartikeln ist der wichtigste Weg der Bleivergiftung bei Greifvögeln. Die Quelle des Bleis sind Fragmente aus verbrauchter Jagdmunition, d. h. Rückstände von bleihaltigen Geschossen oder Bleischrotkugeln, die mit der Nahrung aufgenommen werden. Der physische Nachweis von Schrot- oder Geschossfragmenten aus metallischem Blei bei postmortalen Untersuchungen ist ein direkter Beleg für die Aufnahme von Blei. Dies wurde nachgewiesen durch den Vergleich von Bleiisotopensignaturen im Gewebe von Greifvögeln mit Isotopenverhältnissen von Munition (Scheuhammer und Templeton 1998, Mateo et al. 2001, Church et al. 2006, Fisher et al. 2006, Pain et al. 2007, Helander et al. 2009, Lambertucci et al. 2011, Berny et al. 2015, Madry et al. 2015).

Eine Übersicht über das Ausmaß der Bleivergiftungen bei Wasser- und Greifvögeln in Europa geben Mateo (2006, 2009), Pain et al. (2015) und Monclus et al. (2020). Mateo listet neben 17 Greifvogelarten, auch die Stockente, Spießente, Tafelente, Weißkopfruderente, Rothuhn, Rebhuhn, und Fasan sowie die Ringeltaube auf, die alle von Bleivergiftungen betroffen sind. Weltweit sind Bleivergiftungen für mindestens 23 Greifvogel- und Eulenarten, v. a. bei Aas fressenden Arten beschrieben (Kenntner et al. 2004, Langgemach et al. 2006, Pain et al. 2009).

6-3 Schwermetalle

B: Beeinträchtigungen durch Quecksilber

Quecksilber wird über metallorganische Verbindungen wie die unter Wirkfaktor 6-2 beschriebene Stoffgruppe von Umweltchemikalien im Organismus über die Nahrungskette angereichert. Jedoch lassen sich die Rückstandsverhältnisse dieses Schwermetalls nach Feststellungen von Heidmann et al. (1987) nicht so eindeutig mit den trophischen Positionen der Arten erklären wie bei den organischen Umweltschadstoffen. Anscheinend werden diese Beziehungen von Aufenthalten in stärker belasteten Herkunfts- bzw. Hauptnahrungsgebieten der Individuen überlagert. Quecksilberkontaminationen können anders als bei organischen Umweltschadstoffen auch bei phytophagen Vogelarten ein hohes Niveau erreichen (Scherner 1982:22). Im aquatischen Nahrungsnetz sind fischfressende Arten höher kontaminiert (Becker 2003, Becker et al. 1985b, 1991, Mattig et al. 2000).

Charakteristisch für akute Quecksilbervergiftungen von Vögeln sind neurotoxische Wirkungen und ihr schleichender Verlauf bei ausgeprägten Latenzzeiten. Eine besondere Empfindlichkeit besteht bei embryonalen Organismen mit der Gefahr genetischer Schäden durch Chromosomenaufbrüche. Chronische subletale Quecksilbervergiftungen machen sich z. B. als Veränderungen von Verhaltensweisen bei Vögeln bemerkbar, die auf degenerative Veränderungen des Nervensystems zurückzuführen sind (Oehme 1981:360ff.). So wurde bei einem Silberreiher eine Störung von Muskelabläufen (Ataxie) und bei einer Stockente erhöhte Angstreaktion infolge von Methyl-Quecksilber-Belastung festgestellt (Bouton et al. 1999 und Heinz 1979, zit. in Clotfelter et al. 2004). Seewagen (2020) beschreibt besondere Gefährdungen durch physiologische und histologische Effekte bei Langstreckenflugleistungen von Zugvögeln mit Folgewirkungen für Überlebensraten und sekundäre Verstärkungen von Anfälligkeiten gegenüber Pathogenen und Parasiten.

Thompson (1996, zit. in Pain et al. 1999:65) weist darüber hinaus auf die Einschränkung der Fortpflanzungsrate bzw. des Schlupferfolges bei Eiern von Merlinen (Falco columbarius) hin, deren Quecksilberbelastung 3 ppm überschritt. Die in den 1980er Jahren am Elbeästuar bei Flussseeschwalbeneiern mit 7 mg/kg gemessene Belastung von Quecksilber (Becker 1994) gehörte zu den höchsten international gefundenen Werten, führte aber nicht zu vermindertem Schlupferfolg (Becker et al. 1993). Quecksilberbelastungen in Eiern der Silbermöwe (Larus argentatus) aus Deutschland zeigen laut Umweltprobenbank des Bundes (2022) einen mehr oder weniger konstanten Trend und sind in einigen Jahren sogar leicht gestiegen. Generell sind Seevögel und Greifvögel höheren Belastungen mit Quecksilber ausgesetzt als andere Vögel (Keyel et al. 2020, Ma et al. 2021). Ekblad et al. (2021) konnten bei Seeadlern aus Finnland nachweisen, dass Adler, die sich aus Stauseen ernährten, deutlich höhere Quecksilberwerte auswiesen als Adler aus anderen Gebieten.

Die Korrelation zwischen Influenza-Prävalenz und Quecksilberkonzentrationen in wandernden Wasservögeln deutet darauf hin, dass immunotoxische Effekte der Quecksilberkontamination die Ausbreitung der Vogelgrippe entlang der Zugrouten fördern könnten (Teitelbaum et al. 2022). Auch in subklinischen Konzentrationen kann Quecksilber Auswirkungen auf das Paarungsverhalten und den Reproduktionserfolg von Vögeln haben. Frederick & Jayasena (2011) wiesen in einem Experiment an Schneesichlern (Eudocimus albus) nach, dass diese sich bei Quecksilberkontamination häufiger mit gleichgeschlechtlichen Partnern verpaarten.

6-3 Schwermetalle

Ergebnisse einer Studie von den Orkney-Inseln: "The only contaminant occurring at a notably high level was mercury, with a geometric mean concentration of 5.75 p.p.m. dry weight. It has been shown that the number of young raised by British Merlins is inversely related to the levels of Mercury in their eggs although this statistical relationship did not hold for Orkney and Shetland alone. The mean concentration in 115 eggs was 2 p.p.m. but levels in eggs collected in Orkney and Shetland were strikingly higher. [...] It has been suggested that the higher levels of mercury in Merlin eggs from Orkney and Shetland may have resulted from a greater dependence on waders as prey, the waders in their turn having accumulated the mercury while wintering on contaminated estuaries."

6-3 Schwermetalle

"Mercury was detected in all of the merlin eggs received in 2006 [...]. The geometric mean and the maximum concentration was 3.09 µg/g dry wt and 10.30 µg/g dry wt and was typical of concentrations recorded in previous years (Shore et al., 2005a).Total mercury concentrations greater than approximately 2 µg/g wet wt have been associated with impaired hatching in laboratory studies on some species, although the extent to which this effect level can be extrapolated to other species is uncertain as there appears to be considerable variation in sensitivity between species (Thompson, 1996). When expressed on a wet wt basis, the maximum mercury concentration in the merlin eggs received in 2006 was 2.26 µg/g wet wt (E8666), which exceeds the concentration associated with adverse effects on reproduction."

6-3 Schwermetalle

"Productivity was shown to fall markedly in clutches where mercury levels exceeded 3 p. p. m. All eggs collected in Orkney had levels in excess of this [...] suggesting that mercury may indeed be reducing breeding success in the islands."

6-3 Schwermetalle

Im Rahmen einer Studie wurden sechs Brutpaaren von Buntfalken (Falco sparverius) subletale Konzentrationen von Methylquecksilberchlorid (Hg) mit der Nahrung verabreicht, wobei diese Art sehr empfindlich auf Quecksilberbelastung reagiert. Bei Hg-Konzentationen zwischen 3,3-4,6 mg/kg Trockengewicht (bzw. 1,2-1,7 mg/kg Frischgewicht) in der Nahrung zeigte sich eine merkliche Abnahme der Anzahl gelegter und bebrüteter Eier. Die Anzahl sowie der Anteil an flüggen Jungvögeln sank deutlich bei 0,7 mg/kg Trockengewicht (bzw. 0,3 mg/kg Frischgewicht), der Rückgang flügger Jungvögel pro Brutpaar wurde bei dieser Hg-Konzentration auf 24 % geschätzt. Quecksilberkonzentrationen von >4,6 mg/kg Trockengewicht (bzw. 1,7 mg/kg Frischgewicht) in der Nahrung führten zu einem totalen Brutausfall (keine flüggen Jungvögel).

6-3 Schwermetalle

In Minnesota wurden von 2009 bis 2012 die Quecksilberkonzentrationen in den Brustfedern von elf verschiedenen ziehenden Greifvogelarten gemessen. Die höchsten Konzentrationen wurden bei Arten festgestellt, die sich hauptsächlich von anderen Vögeln ernähren. Dazu zählte der Merlin (adulte Vögel) mit Durchschnittswerten von 4,56 µg/g Frischgewicht (Minimum: 0,93 µg/g; Maximum: 15,95 µg/g). Für einige der untersuchten Merline wurde das Risiko bzgl. einer möglichen Schädigung durch Methylquecksilber als "mäßig" eingeschätzt.