Steigendes atmosphärisches Kohlendioxid entzündet Metallmobilisierung in saurem Grubenwasser

Warum steigendes CO2 und alte Bergwerke Sie betreffen

Weltweit lecken aufgegebene und aktive Bergwerke rostiges, saures Wasser mit giftigen Metallen in Flüsse und Felder. Gleichzeitig steigt der Kohlendioxidgehalt (CO2) in der Luft infolge menschlicher Aktivitäten weiter an. Diese Studie stellt eine einfache, aber wichtige Frage: Wird mit steigendem CO2 die Metallverschmutzung durch Bergbauabfälle schlimmer? Durch die Kombination einer globalen Bestandsaufnahme belasteter Orte mit detaillierten Laborversuchen zeigen die Autorinnen und Autoren: Ja — und winzige Bakterien sind die entscheidenden Vermittler.

Verborgene Flüsse aus Säure und Metall

Saure Grubenwässer sind das orangefarbene oder milchige Wasser, das aus Abraum und Stollen an mehr als 180.000 Bergbaustandorten weltweit sickernd austritt und etwa 480.000 Kilometer Flüsse belastet. Es ist extrem sauer und enthält viele Metalle wie Cadmium und Zink, die in Böden, Nutzpflanzen und Trinkwasser gelangen können. Die neue Studie untersuchte 800 Proben aus 82 bergbaubetroffenen Orten auf fünf Kontinenten und mit unterschiedlichen Klimata und Erztypen. In diesen harten Umgebungen trat eine Bakteriengruppe, genannt Acidithiobacillus, wiederholt als Hauptakteur auf und machte teils mehr als die Hälfte aller vorhandenen Bakterien aus.

Winzige Bergleute, angetrieben von der Luft

Diese Mikroben ernähren sich von Eisen und Schwefel in Sulfidmineralen, erzeugen dabei Säure, die das umgebende Gestein auflöst, und setzen Metalle frei. Mithilfe von Machine-Learning-Analysen fanden die Forschenden heraus, dass atmosphärisches CO2 der stärkste einzelne globale Prädiktor für die Häufigkeit von Acidithiobacillus in Grubenwässern war — wichtiger sogar als Säuregehalt oder Eisengehalt. Das deutete darauf hin, dass CO2 aus der Luft wie eine Art Treibstoff wirkt. Um das zu prüfen, züchteten sie eine repräsentative Art, A. ferriphilus, bei CO2-Werten, die die vorindustrielle Luft (200 ppm), die heutige (etwa 400 ppm), eine nahe Zukunft (1000 ppm) und ein hohes experimentelles Niveau (5000 ppm) repräsentieren. Mit steigendem CO2 nahm das gelöste CO2 im Wasser zu, die Bakterien wuchsen schneller, erreichten größere Populationen und oxidierten Eisen bis zu dreimal so schnell, was den pH-Wert weiter in Richtung stärkere Säure senkte.

Wie zusätzliches CO2 den Metallhahn aufdreht

Das Team baute dann ein Miniatur-Bergwerkssystem im Labor mit Arsenopyrit nach, einem sulfidhaltigen Mineral reich an Eisen und Arsen. Bei höherem CO2 stieg die Bakterienzahl und die Mineraloberfläche zeigte stärkere Korrosion. Das Wasser wurde saurer, und Metalle wie Zink, Cadmium, Nickel, Mangan, Kupfer und Blei wurden schneller freigesetzt, wobei Zink und Cadmium die größten Zuwächse zeigten. Entscheidend war: Ohne Bakterien hatte eine Erhöhung von CO2 allein kaum Einfluss auf die Metallfreisetzung. Genetische und enzymatische Messungen ergaben den Grund: Erhöhtes CO2 schaltete die Kohlenstoffbindungsmechanismen und die inneren Energiesysteme der Mikroben ein, was die Eisenoxidation und Energieproduktion erhöhte. Das beschleunigte wiederum die Säurebildung und den Abbau metallhaltiger Minerale.

Von Klimaszenarien zum realen Risiko

Mit statistischen Modellen übersetzten die Autorinnen und Autoren diese Laborergebnisse in Zahlen, die mit zukünftigen Klimapfaden vergleichbar sind. Für je 100 ppm Anstieg des atmosphärischen CO2 schätzen sie, dass die Freisetzung von Cadmium und Zink aus saurem Grubenwasser um etwa 0,5–2 Prozent zunimmt, mit kleineren, aber messbaren Zunahmen für andere Metalle. Setzt man diese Empfindlichkeiten in Standard-Klimaprojektionen bis zum Jahr 2100 ein, finden sie, dass der Cadmiumfluss aus Grubenabwässern in Bergbaugebieten mit hoher Acidithiobacillus-Präsenz um 0,25–10,6 Prozent und der Zinkfluss um bis zu etwa 15 Prozent steigen könnte. Die höchsten Zunahmen treten bei starken Emissionsszenarien und in Regionen auf, die bereits unter metallbelasteten Anbauflächen leiden, etwa in Teilen Chinas, Mexikos und Pakistans.

Was das für Menschen und den Planeten bedeutet

Die Studie zeigt, dass steigendes atmosphärisches CO2 mehr bewirkt als die Erwärmung des Planeten: Es „entzündet“ indirekt Metallverschmutzung aus Bergbauabfällen, indem es säurebildende Mikroben leistungsfähiger macht. Zwar erscheinen die prognostizierten prozentualen Zunahmen bei Metallfreisetzung moderat, doch kommen sie zu bereits bestehenden Belastungen in Gewässern hinzu, die landwirtschaftliche Flächen und Gemeinden versorgen. Die Autorinnen und Autoren argumentieren, dass CO2-Werte ausdrücklich in Bewertungen und Sanierungspläne für saure Grubenwässer einbezogen werden sollten, besonders an Standorten mit eisen- und schwefelreichen Mineralen. Sie schlagen außerdem neue Kontrollstrategien vor, die den mikrobiellen Motor der Säureproduktion anpacken statt nur das verschmutzte Wasser zu behandeln. In einer Welt mit steigendem CO2 wird das Verständnis und Management dieser verborgenen Rückkopplungen zwischen Klima und Verschmutzung entscheidend sein, um Ökosysteme und die menschliche Gesundheit zu schützen.

Zitation: Wang, X., Ji, B., Li, H. et al. Rising atmospheric carbon dioxide ignites metal mobilization in acid mine drainage. Commun Earth Environ 7, 377 (2026). https://doi.org/10.1038/s43247-026-03551-7

Schlüsselwörter: saure Grubenwässer, Kohlendioxid, mikrobielle Metallmobilisierung, Schwermetallverschmutzung, Auswirkungen des Klimawandels