Original paper

Atmosphärischer Eintrag und Verbleib von Schadstoffen in Boden und Grundwasser – Erfahrungen aus SW-Deutschland

Schiedek, Thomas; Hinderer, Matthias

Kurzfassung

Die Stoffbilanz von atmosphärisch eingetragenen Schwermetallen (Zn, Cu, Pb, Ni und Cd) und Phthalaten (DMP, DBP und DEHP) als Modellsubstanzen für anorganische und organische Schadstoffe wurde in einem kleinen bewaldeten Einzugsgebiet im Schwarzwald (Seebachtal) untersucht. Die Ergebnisse werden mit Daten aus einem Waldgebiet im Schönbuch (Denzenberg) bei Tübingen verglichen. Die im Niederschlag nachgewiesenen Substanzen werden in der Bodenzone aufgrund physikalisch-chemischer Eigenschaften unterschiedlich zurückgehalten und treten in Quellwässern und Vorflutern mit geringeren Konzentrationen wieder auf. Stoffbilanzen zeigen, das die Phthalate zu 50% bis 95% und die Schwermetalle (mit Ausnahme von Cd) zu 60% bis 90% im Boden sorbiert werden. Die Phthalatbelastung im Boden erreicht die Größenordnung der Schwermetallkonzentrationen (mg/kg). Bei den Phthalaten führt auch der biologische Abbau zu einer Erniedrigung der Grundwasser- und Vorfluterkonzentrationen. Zn zeigt bei den Schwermetallen und DEHP bei den organischen Stoffen die höchsten Frachten. Der Transport durch die Bodenzone verläuft unter Ungleichgewichtsbedingungen auf bevorzugten Fließwegen, da aufgrund der berechneten Retardationsfaktoren ein Durchbruch z.T. erst nach Jahren bis Jahrzehnten erfolgen dürfte. Schwermetalle werden zusätzlich durch niedrige pH-Werte mobilisiert. Aufgrund der Speicherfunktion von Böden gegenüber der atmogenen Deposition über Jahre hinweg, besteht für intensive Langzeitstudien Forschungsbedarf.

Abstract

Groundwater pollution due to heavy metals and phthalates via atmospheric deposition was investigated in two forested catchments in SW Germany (Seebach and Denzenberg valley). Decreasing concentrations from rainwater to groundwater, sorption rates of mostly more than 60% comparing input and output fluxes and preferential accumulation in the upper soil horizon confirmed their atmospheric origin as well as the role of soils as a major sink for these pollutants. Sorption under equilibrium conditions would lead to lower groundwater concentrations than monitored, implying an additional non-equilibrium transport of the pollutants through the unsaturated zone by preferential flow. In addition, heavy metals are mobilized by low pH-values. Because of the persistence, the diffusive nature and the long-term impact of these atmospheric pollutants, we recommend more attention to groundwater monitoring and process studies of these pollutants.

Keywords

phtalategroundwaterheavy metalsorganic pollutantsschönbuchgermanysoil