Die Spurenleserin

Manchmal beginnt Wissenschaft mit einem Missverständnis. Wenn Johanna Irrgeher mit ihrem Team an einem Fluss steht, Proben nimmt, Gefäße beschriftet und Messgeräte vorbereitet, bleiben mitunter Menschen stehen. Sie fragen, was da passiert. „Wir hatten schon Schaulustige, die geglaubt haben, wir leeren ominöse Substanzen in den Fluss“, erzählt Irrgeher. Sie stört das nicht. Im Gegenteil. Die Wissenschafterin sucht das Gespräch. „Man kann aufklären und bei einzelnen Personen wirklich etwas bewirken – mit einem simplen Gespräch in Minuten am Fluss.“ Es ist ein Satz, der viel über ihre Arbeit erzählt: Denn Analytik steht nicht nur für Labor, Messgerät und Datenplot. Sie bedeutet auch Feldarbeit, Übersetzung, Kommunikation. Was macht eine Isotopenanalytikerin? „Ich beschäftige mich mit den Urbausteinen jeglicher Materie: Wie viele davon in einer Pflanze, in einem Stein, in einem Wasser vorhanden sind und wie sie sich zusammensetzen.“ Gemeint sind Atome und ihre Isotope: Varianten eines Elements wie Kohlenstoff oder Wasserstoff, die sich in ihrer Masse unterscheiden und in der Natur nicht überall im gleichen Verhältnis vorkommen. Diese Variabilität ist Irrgehers Werkzeug. Die Wissenschafterin gewinnt aus chemischen Messwerten Hinweise auf Herkunft, Prozesse und Zusammenhänge. Blei aus einer natürlichen Gesteinsschicht kann eine andere Isotopensignatur tragen als Blei aus früherem verbleitem Benzin, aus Recyclingprozessen oder industriellen Emissionen. Wer diese Signaturen messen und mit Datenbeständen abgleichen kann, erkennt nicht nur, dass irgendwo ein Stoff vorhanden ist, sondern auch, woher er mit einer gewissen Wahrscheinlichkeit stammt. Das ist entscheidend, sobald es um Umweltfragen geht. „Wenn man von Arsen spricht oder Blei, dann werden alle sehr nervös“, sagt Irrgeher. Erhöhte Werte allein sind aber noch keine ausreichende Antwort. Entscheidend ist, ob eine Belastung anthropogenen Ursprungs ist und tatsächlich relevante Auswirkungen auf Fauna, Mensch oder Umwelt hat.

Flüsse als chemische Landschaften

Ein Schwerpunkt ihrer aktuellen Arbeit sind Flusseinzugsgebiete. Irrgeher und ihr Team charakterisieren Gewässer mit Element- und Isotopenanalytik. Daraus entstehen, wie sie sagt, „Isotopenlandschaften“: chemische Karten, die zeigen, wie Flüsse chemisch miteinander verbunden sind, wo natürliche Unterschiede auftreten und wo mögliche Kontaminanten ins System gelangen. An der Mur und der Drau in Österreich und Slowenien, am Amazonas in Brasilien oder in Flüssen Äthiopiens wird so aus Wasser und Sediment ein Archiv der Landschaft. Der Amazonas ist dafür ein besonders eindrucksvoller Untersuchungsraum. Das größte Süßwasserreservoir der Erde steht durch klimatische Veränderungen, Waldrodung, Bergbau und saisonale Extreme unter Druck. Die Wissenschafter untersuchen dort, wie sich Flussdynamiken zwischen Trocken- und Regenzeit verändern und was das für den Transport möglicher Kontaminanten bedeutet. Und die Arbeit am Amazonas geht noch darüber hinaus: „Solche Gebiete sind für uns zugleich ein Labor unter realen Bedingungen, in dem wir Probenahmetechniken und analytische Methoden weiterentwickeln.“ In Äthiopien ist die Fragestellung unmittelbarer. Wasser, das in großen Städten in die Bewässerung gelangt, kann belastet sein; die Möglichkeiten zur Analyse vor Ort sind begrenzt. „Solange die Belastung nicht schwarz auf weiß belegt ist, unternimmt natürlich auch niemand etwas“, erklärt Irrgeher. Deshalb arbeitet sie mit der Addis Ababa University daran, nicht nur Daten zu sammeln, sondern Know-how und Infrastruktur vor Ort aufzubauen. Studierende sollen über Joint PhDs vor Ort und in Österreich ausgebildet werden. Irrgeher will sie nicht einfach „abziehen“, wie sie sagt, sondern Wissen so verankern, dass es in die Region zurückwirkt: in die Universität, in die Infrastruktur, in künftige Entscheidungen.

Daten brauchen Deutung

Die Isotopenanalytik hat Schnittstellen zu vielen Disziplinen. In einschlägigen Projekten treffen analytische Chemiker auf Archäologen, Anthropologen, Mediziner, Fischer, Metallrestauratoren oder Industriepartner. Was die Wissenschafterin reizt, ist das Zusammenspiel: „Chemische Datenplots sind zwar hübsch, aber eine Geschichte erzählen sie erst in Kombination mit dem Wissen der anderen.“ Ein Beispiel führt in das niederösterreichische Weinviertel zur frühneolithischen Fundstelle Schletz, deren Funde auf Gewalt und ein mögliches Massaker hindeuten. Die Frage lautet: Waren die dort Bestatteten lokale Bewohner oder Menschen von außerhalb? Strontiumisotope in Zahn- und Knochenproben können darauf Hinweise geben. Der Zahnschmelz speichert Signaturen aus der Region, in der ein Mensch aufgewachsen ist. „Ein paar Milligramm Probe“ können genügen, um diese Signatur mit lokalen Werten zu vergleichen – vorausgesetzt, Archäologie, Anthropologie und Analytik greifen sauber ineinander. Dasselbe Prinzip lässt sich auch auf kritische Rohstoffe übertragen. Denn woher ein Rohstoff tatsächlich stammt, hinterlässt oft einen charakteristischen chemischen Fingerabdruck – und dieser kann helfen, seine Herkunft und Lieferwege nachvollziehbar zu machen. Der wissenschaftliche Alltag kommt nicht immer so abwechslungsreich daher, wie Amazonas, Äthiopien oder archäologische Rätsel suggerieren. Projektgelder müssen eingeworben, Verträge verlängert, Budgets gesichert werden. „Manchmal ist es ein Kampf, die nächsten 1.000 oder 10.000 Euro für die Verlängerung eines Vertrages für ein Teammitglied sicherzustellen.“ Irrgehers eigene Arbeit sei deshalb „durchaus administrativ dominiert“.

IUPAC

• Internationale Union für Reine und Angewandte Chemie
• 1899 gegründet, rechtlicher Sitz in Zürich, europäisch basierte
  Sekretariate in Rom und Málaga
• Koordiniert und bewertet Daten zu den Atomgewichten der Elemente, die aufgrund unterschiedlicher natürlicher Isotopenzusammensetzungen variieren können.
• Führt weltweite Messdaten zusammen und schafft damit international vergleichbare Referenzwerte – unter anderem für Forschung, Handel und Lehrunterlagen .

Die Federwaage der Atome

Derzeit ist Johanna Irrgeher Vorsitzende der IUPAC-Kommission für Atomgewichte und Isotopenhäufigkeiten. Diese Kommission gibt es seit Ende des 19. Jahrhunderts. Ziel: die internationale Kontinuität und Verbindlichkeit atomarer Messgrößen. „Sauerstoffatome in Frankreich müssen die gleiche repräsentative Masse haben wie in jedem anderen Land weltweit“, erklärt die Wissenschafterin. Was durchaus nicht immer selbstverständlich verstanden wurde. Die IUPAC-Kommission präzisiert und vereinheitlicht also die Zahlen, die unter den Elementsymbolen im Periodensystem stehen – die Standardatomgewichte, die auf Forschung, Industrie, Lehre und Messtechnik weltweit angewandt werden. Diese Werte sind keine ewigen Naturkonstanten. Sie beruhen auf dem besten verfügbaren Wissen über terrestrische Materialien. „Diese Zahlen, die jeder in dem Periodensystem hat, das man in der Schule einmal ausgeteilt bekommt, sind nur so gut wie der Stand des Wissens am heutigen Tag“, sagt Irrgeher. Neue Messmethoden, neue Proben und neue Veröffentlichungen können diese Werte verändern. Die Kommission arbeitet im Konsens. Etwa zehn Fachleute aus unterschiedlichen Ländern, Kulturen und Zeitzonen ringen um Werte, Unsicherheiten und Formulierungen. Online-Meetings finden so statt, dass jemand in den USA frühmorgens teilnehmen kann und jemand in Japan am späten Abend noch dabei ist. Persönliche Treffen bleiben trotzdem wichtig, sagt Irrgeher, gerade weil die Diskussionskulturen verschieden sind.

Unsichtbar und ausschlaggebend

Was Irrgehers Arbeit verbindet, ist die Kunst, aus unsichtbaren Unterschieden Bedeutung zu gewinnen. Isotope beantworten selten alles. Aber sie liefern Hinweise, die sonst kaum zugänglich wären. Dabei bleibt Johanna Irrgeher nah an der Probe – und an den Menschen, die von den Ergebnissen betroffen sind. Ob am Flussufer in Österreich, in einem Labor in Leoben, bei Partnern in Äthiopien oder in einer internationalen Kommission: Ihre Arbeit beginnt mit sehr kleinen Unterschieden. Ihre Wirkung ist mitunter groß.

Fotos: Carolin Bohn