Persistenz und Reichweite von Umweltchemikalien

212 Pages·1999·11.321 MB·English

by  Dr. Martin Scheringer(auth.)

Martin Scheringer
Persistenz und Reichweite
von Umweltchemikalien
@ W I LEY-VC
H
Martin Scheringer
Persistenz und Reichweite
von Umweltchemikalien
@ WILEY-VCH
Weinheim New York . Chichester
Brisbane . Singapore . Toronto
Dr. Martin Scheringer
ETH Zurich
Laboratorium fur Technische Chemie
ETH-Zentrum
CH-8092 Zurich
Die Deutsche Bibliothek - CIP-Einheitsaufnahnic
Scheringer, Martin:
Persistenz und Reichweite von Umweltchemikalicn / Martin Scheringcr. -
Weinheim ; New York ; Chichester ; Brishane ; Singapore ; Toronto :
Wiley-VCH, 1999
ISBN 3-527-29752-0
0 WILEY-VCH Verlag GmhH, D-69469 Weinheim (Federal Republic of Germany). 1999
Gcdruckt auf saurefreieni und chlorfrei gehleichtem Papicr
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Titelbild nach einem Entwurf von Jurg Schmidli, ETH Zurich
Druck: hetz-druck GmhH, D-64291 Darmstadt
Bindung: Wilh. Osswald + Co.. D-67433 Ncustadt
Printed in the Federal Republic of Germany
Fur Beatrix
Vorwort
Zur Zeit wird deutlich, da6 die bisherigen Verfahren zur Chemikalienbewertung
immer starker auf eine Reihe von Schwierigkeiten sto5en: Sie sind so aufwendig,
da5 sie fur die Vielzahl aller Stoffe, die zur Bewertung anstehen, nicht praktikabel
sind; sie decken neiie Effekte wie z. B. die hormonahnliche Wirkung verschiedener
Chemikalien nicht ab und musseri daher immer wieder erweitert werden: sie fuhren
aufgrund der Komplexitat der untersuchten Systeme vielfach zu uneindeutigen Re-
sultaten, die Raum fur verschiedenste Interpretationen lassen.
Zum Teil liegeri diese Schwierigkeiten in der Natur des Problems, d. h. in der
Komplcxitat der Umwelt und der Vielzahl der Stoffe. Es gibt jedoch zusatzlich
ein wissenschaftsmethodisches Grundproblem, das ebenfalls zu den Schwierigkei-
ten bei der Cheniikalienbewertiing beitragt und bei dem es sich lohnt, nach neueri
Ansatzen zu suchen: Dieses Problem liegt im ungeklarten Verhaltnis zwischen ,,oh-
jektiven" naturwissenschaftlicheri Resultaten einerseits und okononiischen, rechtli-
chen oder ethischen Bewertungen andererseits. Zusatzliche Verwirrung stiftet die
Vermischung dieser beiden Ebeneri in ,,naturwissenschaftlichen Bewertungen", von
denen ebenfalls haufig die Rede ist.
Eine Ursache dieses methodischen Problems ist das Prinzip der natmwissen-
schaftlichen ,,Wertfreiheit", welches nach wie vor, auch nach 30 Jahren Umwelt-
forschung, eine umfassende wisseriscliaftliche Bearbeiturig von Umweltproblemeri
erschwert. Die Frage, in welchem Sinne das Prinzip der naturwissenschaftlichen
Wertfreiheit heute in den Umweltwissenschaften revidiert werden miill, bildet die
Motivation und den Rahmen der Untersuchungen, die in diesem Buch vorgestellt
werden.
Das vorliegende Buch beruht auf der Dissertation, die ich von 1991 bis 1996
an der Abteilung fur Umweltnaturwissenschaften der Eidgenossischen Technischen
Hochschule ( ETH) Ziirich durchgefuhrt habe, und auf meiner weiteren Beschafti-
gung rnit dem Problem der Chemikalienbewertung wahrend meiner Tatigkeit in
der Griippe ,,Sicherheit und Umweltschutz in der Chemie" am Laboratorium fur
Technische Chemie der ETH Zurich.
Um das Problem der Wertfreiheit zu diskutieren, habe ich mich auf eine um-
weltethische Argumentation gestutzt und sie mit der umweltchemischen Untersu-
chung von Chemikalien verbunden. Daher umfaflt dieses Buch mit Urnweltchemie
und Ethik zwei Bereiche, die i. a. getrennt behandelt werden. Neben spezifischen
Fragen aus beiden Gebieten steht hier die Frage im Vordergrund, wie sich Umwelt-
chemie iind Ethik, d. h. die naturwissenschaftliche Beschreibung und die ethische
Bewertiirig von miteinander verbinden lassen.
Cheniikalienexpositionen,
VIII vo TUJOr t
Schori in ,jcdorii cirizelrieii tlcr hciden Gchit:t,c, giht cs heute viricri iiriifmgreicheri
Bestand an Litvratiir, und irii Rihi(:ri eiries cirizc.hitw Biiches ist (1s iiiclit rriiiglich.
einen vollst,iiridigeri Uberblick iitm bcide Grbictc>z ii geben. Das Lit,CriIti irverzeich-
riis hat sorriit kcincn Arispriich auf Vollstiiridigkt,it . soiidern tlic Lit,t.riitllrarigabeii
sollen eiricrstits die Quelleii fiir koiikrcte Dateii iiiid Aiissagen bczc4cliiicn iind an-
dererseits ciricii Eiristieg in &: ;tiigc:sprochericn Thcrrirn cmniigliclitm. so ditB niaii
selbst wcitcrc Arkiten aufsiiclicri kitIin. Eiri Glossiir am Ende des Biichcs erlRiitert
die wichtigst,rm Begriffr: aiis boidcri Teilbereic:hc:ii.
Das Buch weridet sich ziiiii viricri ari Natiirwissc.risc,liaftlel.illrlc.II iiritl Naturwis-
senschaft,lcr. (lie irn Bereicli tlcr Chcrriikalieiit)t.utirt iirig arbeitcii o d t ~sic h sonst
niit dcr Bcwcrt iirig anthropogcwt~U iriweltver;liid(.rIlngcli heschiift igw. Es erithalt.
konkrctc IKU~ Vorschlage ziir CIic~Iiiikalieribew(~rt,iiiiiirgi d sol1 diiriit)c,r 1iiIiaus ziir
Diskussiori iilm Werturteile iii tlcr Urnweltforschiiiig anregen. Zwoit,cws riclitet es
sich an Hiiiriaii- iirid Geisteswisscrischiiftler. tlie sich fiir die koiikrc.t(i Unisctzurig
ethischer Kritcrien in dcr Urnwcltforschung iritcwssitmm. In dicstwi Siiiri sol1 dits
Buch aiich ziir starkeren Vcrhiiidiiiig zwischeii liii~~iiiIiwis~e~i~Cliitftli(i~u1iidt ~nra tiir-
wissensc1iitftlic:licr Uriiweltforsc.liiirig t)c,itragen.
Ich rniiclitc ill1 dieser Stellc iillcli nitinen Dank ;liissprt.chcvi. ohnr ( I t ~ ~viicil faltige
Unterstiit,ziirig diescs Buch iiicht ziist andr gekoiiiiiioii wiirr. Prof. Dr. I<onrad Hun-
gerbuhler (litlike ich fiir rieiic' Eiiiblickc in die, Prilxis dcr Clielriikitlioiil)(~w(~rturig.
fur anrogcridt: Diskiissiorieri i i h c lic ,,Cherriic (lor kiirzr:ri Reic1iwc:it)t:ii" iintl fur tlic
Moglichkttit, tlieses Biichprojckt, iri seiner Arbcitsgriippe mi vc:rwirklic.lic:ii.
Prof. Dr. Ulrich Miillcr-Hcroltl uiitl Dr. Marco Borg tlaiike ich fiir (tic, cxgc Ziisam-
menarlxit Iwi dcr grundsRtzliclit~~Aiu sarbeitiirig tlw Rcichweiteii-Koiiz1.pts und fiir
wertvollc Anrcyqingen zii dcii Iiivr (liirgestellt(~1Ui l)c,rlcgurigeri.
PD Dr. Gc>rtriidr Hirsch vertlitrike ich wertvollr Bcitriige urid Striiktiirierurigs-
vorsclilago ziiiii riormativeri Tcil dcs Reichweit,c,ii-Koiizc.ptes sowit. xiiiii Glossar.
Aiisdriicklich dariken niiiclitJci cli Jochen Jiicg(>rf iir dcri 1angjiilirigc.ri iuid friich-
baren Aiistiliis(:h urid fur sckiv korikreteri Anrt,giiiigtm. tlie an vittlm St,olltw in dieses
Buch eirig(:flosstw sind.
hlit KitthriIi Fcnrier. Fabio Woginann iiritl Dr. H(wiiaiiii Held koiirito idi wertvollc
Diskussioiitw iihr iirriu~eltclic~iiiisc:lRi(~Io dellc~i iiitl ilirc. \~eiterc.iit\~i.ickhlllfgii lireii:
ich dankc iliiicw fiir Aniii(~rkimg(wz iirri Text. iirid fiir ihre BcitrRgc. ziiiii Rlodellka-
pitel.
Viele 1iilfrc:ic:lic Korrirri(:iitiir(: iiritl Hiriweisv iiiif Litc!rat,iir vcrtl;mko icli Almut
Beck. Dr. Bcatc Escher. Dr. hli(*hilclE sfeld, Pctvr Fliickiger. Dr. PiLt,ri(,kH ofstetter.
Christina .Jaliii. Prof. Dr. Bcriitl Jastorff. Dr. St,('I)liiiliL icmiri. PD Dr. Karin hlathes.
Prof. Hiiris Priiriiis. Alinrwiitric Sclicririger. Isahc~lS clir~irigcr., Jiirg Scliiiiidli. Prof.
Dr. Rerii. Schwiirzenhach. PD Dr. Hnrisjiirg Scilcr. Prof. Dr. Gertl \Voi(lmiariri. Dr.
Andri. Wc~itlcrihaiipti iiitl Prof. Dr. Gcrd Wiiit,cr.
Fur wiclitigti Anrcguiigeri (litlik(! ich auch dt.ri Tvilrit~liiiiernd es s~'l'A<'-~rorksliops
Criteriu for Pcrsistence mid Lori,!l-Runge Trurispo*rt of Ch,rrnic:uls ,i~i,t he Environ-
ment (14. 19. .Jiili 1998), iris1)cwritlcre den hlitglicdorii tler Arbcit,sgriippc. .. Persi-
stence %71 hf7dt,i7rrediu Models". Prof. Dr. h1icli:rol Rliittliics. Prof. Dr. To111 hlcKonc~.
Vorwort IX
Dr. Tom Parkerton, Dr. Richard Purdy, Dr. Dik van de Meent, Dr. Frank Wania,
sowie Prof. Dr. Donald Mackay.
Ausdrucklicher Dank gebuhrt Dr. Pitt Funck fur seine Hilfe bei der typographi-
schen Gestaltung mit BTEX. Dr. Christina Dyllick und Claudia Gross1 vori Wiley-
VCH danke ich fur ihre Unterstutzung bei der Realisierung dieses Buches.
Meiner Frau Dr. Beatrix Falch verdanke ich viele inhaltliche Beitrage zum
Reichweiten-Konzept. Ich widme ihr dieses Buch und danke ihr herzlich fur ihre
Geduld und Unterstutzung wahrend seiner Fertigstellung.
Martin Scheringer Zurich, im Januar 1999
Inhalt
Vorwort VII
1 Eine Verbindung zwischen Umweltchemie und Ethik 1
1.1 Zu viele Daten zu wenig Daten? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1
~
1.2 Beschreibung und Bewertung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4
1.3 Gliederung und Uberblick . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7
2 Offene Probleme bei der Bewertung von Umweltchemikalien 9
2.1 Fruhe Umweltbelastungen durch chemische Produktion . . . . . . . . 9
2.2 Chlorierte Kohlenwasserstoffe als Universalchemikalien . . . . . . . . 10
2.3 Umweltchemikalien . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14
2.4 Schwierigkeiten bei der Bewertung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17
3 Uberkornplexitat und normative Unbestirnmtheit
von Umweltsystemen 23
3.1 Zur Entstehung und Funktion von Schadensbegriffen . . . . . . . . . 23
3.2 Bewertungsprobleme . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26
3.3 Uberkomplexitat . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28
3.3.1 Umweltsysteme . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28
3.3.2 Technische Systeme . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30
3.3.3 Wissenschaftstheoretische und praktische Konsequenzen . . . 31
3.4 Normative Unbestimmtheit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34
3.4.1 Okologie und Ethik? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34
3.4.2 Normative Unbestimmtheit: Begrundungen . . . . . . . . . . 38
3.5 Zusammenfassung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43
4 Umweltchemikalien. Reichweite und okologische Gerechtigkeit 45
4.1 Zum Problem des Werturteils in naturwissenschaftlichen
Untersuchungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 46
4.2 Gerechtigkeitsprinzipien und ihre Anwendung auf Umweltprobleme . 49
4.2.1 Das Operationalisierungs-Problem . . . . . . . . . . . . . . . 50
4.2.2 Korperliche Integritat als Indikator . . . . . . . . . . . . . . . 52
4.2.3 Indikatoren zur Messung einer nachhaltigen Entwicklung . . . 53
4.2.4 Syndrome des Globalen Wandels . . . . . . . . . . . . . . . . 5 5
4.2.5 Gerechtigkeitsprinzipien und Reichweite . . . . . . . . . . . . 58
4.3 Riiiiinliche R.eichweite bei nielircren Eriiitteritcw . . . . . . . . . . . . 62
4.3.1 Korribiriierte riiurrilichc Rcicliwcitc . . . . . . . . . . . . . . . 62
4.3.2 Normativcr Bcziig . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 64
5 Persistenz und Reichweite als MaBe fur Umweltgefahrdung 69
5.1 Urriweltgef~~lirdiinigin d Uniwc:lt,sc.liiLd(’ii . . . . . . . . . . . . . . . . (8
5.2 Methodische Konseqiicnzeri . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 72
5.2.1 Praveritiori . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 72
5.2.2 Koniplexitatsreduktiou . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 73
5.2.3 Trmniing von Reichweito iind Erriissiorisiric.rigc . . . . . . . . 75
5.3 Zwischenbilanz iind Diskiissiori . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 77
5.3.1 Inhalte und Ziele . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 77
5.3.2 Grenzen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7!)
5.3.3 hlogliche hIiBverstaridnisse . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 80
6 Quantitative Bestimmung von Persistenz und Reichweite 83
6.1 Zeitlicher und raurnlicher Koiizeritr~tioi~svt~rl.ai.~.f . . . . . . . . . 83
6.1.1 Beskhende Persisteriz-Dt~firiitioncll . . . . . . . . . . . . . . . 83
6.1.2 Riiiimlicher Konzeritrationsvt:rlniif . . . . . . . . . . . . . . . 84
6.1.3 Konzentrat.i on iind Exposition . . . . . . . . . . . . . . . . . 86
6.2 Eniissionsszenarien . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 87
6.3 Definitioneri von Persisteriz mid Rcichwc.itc. . . . . . . . . . . . . . . 88
6.3.1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 88
Verteilungsrriaazalileii
6.3.2 Persisteriz . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 90
6.3.3 Raumliche Reichweite . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 91
6.3.4 Emissionen aiis rnehrtwn Qiidlcli . . . . . . . . . . . . . . . . 100
6.3.5 Ziisainmenfassiing . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 101
7 Modellrechnungen fur Persistenz und Reichweite 103
7.1 Evaluative Alodclle und Simulatioiisrrioclell~!. . . . . . . . . . . . . .1 04
7.2 Evaluative Alodelle ohne Transport . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 108
7.3 Evaliiative hlodelle riiit Transport . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 10
7.3.1 Klimazonenrnodell . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . 111
7.3.2 Ririgrnodell . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 112
7.4 Halbfliichtige Chlorkohlenwasscrstoff t. Per
Pollutants . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 120
7.4.1 Umweltchemische Befiindc iind iirnwclt politische
Bedeutiing . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 120
7.4.2 hlodellrechniingcn . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 122
7.4.3 Interpretation der Rcwiltatc . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 126
7.5 Stoffvergleich rriittels Persisteriz urid Reichwrit.c . . . . . . . . . . . . . 1 32
7.5.1 Graphische Darstellurig dcr Alodcllrc.siiltntc. . . . . . . . . . . 1 32
7.5.2 Aussagekraft der Resiiltate . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 35
7.6 Raiimliche Reichwcite bei rnelirereri Eiriitt.oiltrri . . . . . . . . . . . . 1 37
inhalt XI11
8 Folgerungen fur die Bewertung von Umweltchemikalien 141
8.1 Expositionsgestiitzte und wirkungsgestiitzte Chemikalienbewertung . 141
8.1.1 Vorgehensweise . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 141
8.1.2 Anwendungsbereiche . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 146
8.2 Risiko oder Vorsorge? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 148
8.3 Umweltwissenschaftliche und chemiepolitische Ziele . . . . . . . . . . 151
8.3.1 Umweltchemie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 151
8.3.2 Weitere Verteilungsfragen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 152
8.3.3 Toxikologie und Okotoxikologie . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 53
8.3.4 Cherriiepolitik . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 154
A Mathematische Struktur des Ringmodells 159
A.l Ubertritt zwischen den Kompartimenten . . . . . . . . . . . . . . . . 159
A.l.l Diffusive Prozesse . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 160
A.1.2 Advektive Prozesse . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 162
A.2 Transport in Wasser und Luft . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 164
A.3 Kombination aller Prozesse . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 165
A.3.1 Abbau und Transport innerhalb eines Kompartiments . . . . 1 65
A.3.2 Abbau, Transport und Ubertritt zwischen
den Kompartimenten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 166
A.4 Vorgehensweise bei der Berechnung von R und r . . . . . . . . . . . 167
A.4.1 Berechnung der Exposition . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 67
A.4.2 Berechnung der Persistenz . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 168
A.4.3 Berechnung der Reichweite . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 69
B Glossar 171
Literatur 179
Register 205