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Bindung und Mobilisierung von Schwermetallen in Überflutungssedimenten der Weißen Elster

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Bindung und Mobilisierung von Schwermetallen in Überflutungssedimenten der Weißen Elster

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Abstract

Die Wässer und Sedimente der Fließgewässer Mitteleuropas wurden durch die industrielle Entwicklung insbesondere in den letzten 100 Jahren maßgeblich beeinflußt. Bis in die Mitte dieses Jahrhunderts wurden Abwässer aus Industrie und Landwirtschaft meist ungeklärt in die Flüsse eingeleitet. Man glaubte an den Verdünnungseffekt und die Fähigkeit der Selbstregenerierung der Flüsse. Obwohl seit den 70-iger Jahren strengere Regeln zum Einleiten von Abwässern gelten, waren die Einträge in die Gewässerökosysteme besonders in der ehemaligen DDR immer noch so stark, daß namhafte Schäden hervorgerufen wurden (Neumeister et al. 1997). Die nach Überflutungen in der Aue abgelagerten Flußsedimente enthalten eine Vielzahl von organischen und anorganischen Stoffen, die das Ökosystem des Auenbodens auf unterschiedliche Weise beeinflussen.

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Der Artikel enthält folgende Kapitel: Einführung Natürliche Vorkommen Mobilität, Mobilisierung und Transport Biotische Wirkungen Ökosystemare Wirkungen Entwicklungen Literatur
Article
From 1998 to 2002 investigations were carried out to estimate both the quantity and quality (heavy metal contents) of suspended matter loads discharged into a floodplain area measuring approx. 5 km2 of the Central German river Weiße Elster, a tributary of the river Saale in the Elbe river basin. Flood sediments, suspended particulate matter, and floodplain soils were investigated especially for the main pollutants Cd, Zn, Cu, Pb, Cr, and Hg. Supplementary gamma spectroscopy examinations were performed to help to identify the age of deposits in order to estimate sedimentation rates for last decades. The recent flood sediments are contaminated by up to 33 times the geogenic background (Cd). Up to 55% of the total annual SPM load of the river Weiße Elster is relocated into the investigated retention area in the flood-stricken year 2002. The sedimentation rates for the last 50 years vary between 0.5 mm/a and 1 mm/a in far away and rarely flooded parts and between 1 mm/a and 2 mm/a in the frequently flooded parts of the inflow of the retention area.
Article
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This paper considers problems associated with the artificial flooding of floodplain forests in an industrial region in central Germany. During the past eight centuries river regulation has reduced flooding to an extent dependent on local conditions. The lack of flooding has caused a new pedo-hydrological regime. Typical tree mixtures in the floodplain forests of oak, ash, elm and maple have changed over the last 120 years so that ash and maple now dominate. Sediments of the rivers Weibe Elster and Mulde were found to be contaminated by industrial pollutants, especially with heavy metals such as Cd, Zn, Co and Cr. Atmospheric pollution and the deposition of dust and gas contaminated by heavy metals over the last 100 years have been responsible for serious soil contamination. There is a danger of the migration of these heavy metals through the floodplain sediments and soils into groundwater. Artificial flooding is one method of re-introducing natural conditions to floodplains and their forests. Our investigations of the migration behaviour of contaminants, using sequential leaching procedures, have demonstrated that a high proportion of the stored heavy metals in the meadow loams is soluble and highly mobile. The release of heavy metals in the soils depends on the pH-value and grain size of the soils as well as precipitation and climatic conditions. The mobility of the heavy metals increases with rising acidification of the soils. Despite decreasing atmospheric deposition in the region of Bitterfeld and reduced deposition of basic flue ashes after the year 1990, increased mobilization of metals in the flood loams is likely to take place. The migration of these chemicals to groundwater is likely to be increased by water infiltrating from artificial flooding. Artificial flooding may therefore have previously unforeseen negative consequences.
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Die Auenökosysteme der Weißen Elster und Pleiße im Stadtgebiet von Leipzig und deren natürliche sowie auf gesellschaftliche Ziele bezogenen Funktions-fähigkeit sind durch Stoffeintrag, Hochwasserschutzbau und Grundwasser-spiegelabsenkung seit Jahrzehnten gekennzeichnet (Haase et al. 1998b). Der genannte Auenbereich stellt eine Besonderheit dar, da es sich um das letzte funktionierende innerstädtische Auenwaldökosystem Mitteleuropas handelt, welches Rückzugsgebiet gefährdeter Floren- und Faunenelemente ist. Die Verdrängung typischer Hartholzarten wie Stieleiche, Feldulme oder Esche aus dem Leipziger Elsterauenwald wird bereits seit Jahrzehnten beobachtet (Gutte u. Sickert 1998, Müller 1995). Neben der Vegetation, die auf das „Trockener-werden“ in den Auen reagiert, werden sich auch die Boden- und Substrateigenschaften verändern.
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Das Mobilisierungspotential von anthropogen eingebrachten Schadstoffen nach Überflutungsereignissen und Grundwasseranstieg wurde am Beispiel von Standorten des Leipziger Auewaldes (Flußauen der Weißen Elster) untersucht. Das wesentliche Anliegen der Untersuchungen bestand in der Abschätzung der perspektivischen Entwicklung des Reaktionsmilieus und der ökologischen Verfügbarkeit mobilisierter Stoffe sowie deren Migrierfähigkeit mit dem Sickerwasser. In Experimenten sollte versucht werden, mögliche zukünftige Metallbindungsformen in Abhängigkeit des geochemischen Reaktionsmilieus so zu simulieren, daß die veränderte Stoffdynamik steigende und fallende pH-Werte sowie die Veränderung des Redoxpotentials (Wechsel von aeroben/aneroben Zuständen) nach Ereignissen wie Überflutung und Grundwasseranstieg u.a. abgebildet werden können. Die Bearbeitung folgender Zielstellungen wurde angestrebt: Bewertung des ökologischen Gefährdungspotentials von belasteten Böden: Belastungsgrad mit Schwermetallen und polyzyklischen aromatischen Kohlenwasser-stoffen (PAK), Bindungsformen von Metallen, Beeinflussung des Stoffaustrag über das Sicker- und Grundwasser Qualitative und quantitative Abschätzung des mobilisierbaren Schwermetallanteils bei Änderung des geochemischen Milieus (pH-Wert), Säureneutralisationskapazität (ANC) Vergleichende Untersuchungen zur Anwendbarkeit von Elutionsverfahren zur Abschätzung der Stoffmobilisierung aus Böden
Article
A high degree of industrial emission makes the area of Bitterfeld/Halle/Merseburg one of the most polluted in Germany. Roughly 12 million tons of heavily polluted fly ash were deposited here during the last hundred years. At the same time heavy metal-rich sediments were deposited by repeated floods of the Mulde river in this area. -from English summary
Article
The title book covers coordination chemistry of the hydrous oxide-water interface; surface charge and the electric double layer; adsorption; chemical weathering phenomena; homogeneous and heterogeneous nucleation and precipitation; particle-particle interaction; carbonate reactivity; redox processes mediated by surfaces; photochemistry; and trace element transport. It can be used as a source book for teaching and for professionals in geochemical and environmental disciplines.
Rieht-und Grenzwerte zum Schutz des Bodens vor Überlastungen mit Schwermetallen. Forschungen zur Raumentwicklung 14
  • A Kloke
Untersuchungen zur Mobilisierung von umweltrelevanten Metallen unter dem Einfluß von DOM in der Muldenaue mittels pHstat-Methode
  • B Schneider
  • A Krüger
  • H Neumeister
Richt-und Grenzwerte zum Schutz des Bodens vor Überlastungen mit Schwermetallen
  • Haase Literatur
  • D Schneider
  • B Neumeister
Literatur HAASE, D, SCHNEIDER, B, NEUMEISTER, H (1999) Stoffeintrag und Stoffdynamik künstlicher Flutungsgebiete in bewaldeten Auen -das Beispiel Weiße-Elster-Aue in Leipzig, In diesem Buch KLOKE, A (1985) Richt-und Grenzwerte zum Schutz des Bodens vor Überlastungen mit Schwermetallen. Forschungen zur Raumentwicklung 14, Bundesforsch.anst. Landeskde. Raumordn., Bonn, S 13-24