Original paper

Schwermetalle und Gewässerversauerung -- Untersuchungen zum Verhalten von Schadstoffen in bewaldeten Ökosystemen im Harz

[Heavy Metals and Water Acidification -- Contributions to the Behavior of Pollutants in Forested Ecosystems, Harz Mountains]

Matschullat, Jörg; Heinrichs, Hartmut; Schneider, Jürgen; Siewers, Ulrich

Kurzfassung

Ausgewählte Parameter zum Eintrag und Verhalten von Metallen und Anionen werden in der ilterdisziplinären Fallstudie Harz untersucht. Es geht um die Quellen, die Transportwege und -mengen von Metallen und Säurebildnern sowie deren Reaktionen in der Ökosphäre. Besonderes Augenmerk gilt den Auswirkungen dieser Prozesse auf die Wasserqualität im Einzugsgebiet einer Trinkwasser-Talsperre (Sösestausee) und eines alten, dystrophen Stauteiches (Oderteich). Die Sedimente vor allem des Sösestausees sind im Vergleich zum geogenen Hintergrund (Tongestein) mit durchschnittlich (µg/g): Zn (1100), Pb (600), Cu (190) und Cd (4) hoch belastet. Co, Cr und Nickel zeigen dagegen keine Anreicherungen. Eine Methode sequentieller Extraktion für die Seesedimente zeigt die Verteilung der Kationen in ihrer jeweiligen möglichen chemischen Bindung. Bei anhaltender Gewässerversauerung und einem Absinken des durchschnittlichen pH-Wertes von jetzt 6,5 auf 5 im Seewasser ist mit einem steilen Konzentrationsanstieg von Schwermetallen, zusammen mit Al, Fe und Mn, zu rechnen. Die Transportwege der Schwermetalle in den Seesedimenten lassen sich über die Bachsedimente der Zuläufe mit ähnlich hohen Konzentrationen bis hin zu den Quellwässern und den Böden zurückverfolgen. Für die Belastung der Gewässer, Böden und Sedimente, vor allem mit Cd, Cu, Pb und Zn ist zum größten Teil die Deposition aus dem atmosphärischen Ferntransport verantwortlich. Die Gesteine im Einzugsgebiet (153 Proben von Ton- und Kieselschiefern, Grauwacken, Quarziten und Diabasen) zeigen im Mittel (Medianwerte): Zn 76, Pb 12 und Cd 0,4 µg/g. Die Humushorizonte der Böden (0--10 cm) sind dagegen mit Zn 170, Pb 760 und Cd 2,7 µg/g stark belastet. Cu, Co, Cr und Ni zeigen auch in den Böden keine Anreicherungen.

Abstract

The case study Harz Mountains investigates the input, pathways and effects of airborne pollutants (metals and acidifying chemicals) on the catchments of a drinking water reservoir (Lake Söse) and an old dystrophic reservoir (Lake Oderteich). Special emphasis lies on its implications for the water quality in the lake Söse catchment. Compared with the geogenic background (schists), the lake Sediments are highly polluted with (averages for Lake Söse in µg/g): Zn (1100), Pb (600), Cu (190), Cd (4), Cr, Co, and Ni do not show a significant enrichment. A method of sequential extraction of lake Sediments shows the partitioning of the metals in their respective chemical bond. With continuing water acidification and a decrease of the average pH from 6.5 to 5 in the lake water, a steep increase of heavy metals plus Al, Mn, and Fe has to be expected in the water column. The pathways of the heavy metals in the lake Sediments can be traced back via the stream sediments of the tributaries with similar high metal contents to wells and soils. Aerial deposition is the main source of the pollution with Cd, Cu, Pb, and Zn, as geogenic inputs can be neglected. Bedrock geochemistry (153 samples) shows the following averages (median): Zn 76, Pb 12, and Cd 0.4 µg/g. Humic topsoils however (0--10 cm) are highly polluted with Zn 170, Pb 760, and Cd 2.7 µg/g. Again in the soils, Cu, Co, Cr, and Ni do not show a significant enrichment.

Keywords

Environmental geologyforest ecosystemheavy metal behaviorCdCuPbZnwatershedslakesriverswater acidificationhydrochemistrysediment chemistrysoil chemistry Harz (Lake SöseLake Oderteich)Lower Saxony TK 25: Nr. 422742284229