Von: Luna Thunecke
Einführung
Sedimente übernehmen viele wichtige Funktionen in Fließgewässern, wie das Filtern und Puffern von Schadstoffen. Zu diesen Schadstoffen zählen auch Schwermetalle, welche sich besonders gut in feinen Partikeln, wie Schwebstoffen, anreichern können (Umweltbundesamt 2003: 70). Durch die Sedimentation von Schwebstoffen kommt es zu besonders hohen Schwermetallkonzentrationen im Sediment, im Kontrast zur Wasserphase. Aus diesem Grund ist, bei Bewertung der Schwermetallbelastung, die Betrachtung von Sedimenten besonders relevant (Schulze 2001: 8).
Schwermetallbelastung in Fließgewässern wird nicht ausschließlich durch anthropogene Einflüsse, wie mit Schwermetallen belastete Niederschläge und Landnutzung, ausgelöst, sondern auch der Austrag aus dem Boden (Pedogenese) und der geologische Hintergrundwert spielen eine Rolle, denn Schwermetalle sind Bestandteil unserer Natur. (Schneider et al. 2003: 24). Die Separation des geologischen Hintergrundwertes von anthropogenen Faktoren erweist sich jedoch bis heute als sehr arbeitsaufwändig und inkonsistent (Umweltbundesamt 2003: 25).
Projektbezug
Im Rahmen dieses Projektseminars wird die Schwermetallbelastung in Sedimenten des Körnebachs in Dortmund/Unna betrachtet. Dabei sind folgende Schwermetallgehalte (in mg/kg), an fünf Standorten im Mai und drei Standorten im Juni, erhoben worden: Arsen (As), Blei (Pb), Cadmium (Cd), Chrom (Cr), Kupfer (Cu), Nickel (Ni) und Zink (Zn). Anhand dieser Werte wurde die LAWA-Güteklassifikation von Schwermetallen im Schwebstoff 1998 (Tabelle 2) errechnet und durch eine Einteilung in sieben Güteklassen (Tabelle 1) bewertet (Schulze 2001: 10).
Zu beachten ist, dass Probestandorte 9 und 10 lediglich einmal beprobt wurden, da auf Grund eines Unfalls die Messarbeiten am 1. Probetermin nicht vollendet werden konnten.
Arsen
Arsen ist ein gut wasserlöslicher Stoff, welcher großteilig durch Eisenverhüttung und das Verbrennen fossiler Energieträger in Oberflächengewässer eingetragen wird (Umweltbundesamt 2003: 70). Trotz der Industriegeschichte des Ruhrgebiets liegen die Arsen-Werte zwischen 5.63 mg/kg (Standort 2.2) und 7.34 mg/kg (Standort 7.2), was für ein vollständig anthropogen unbelastetes Fließgewässer spricht. Dies ist eventuell auf die Wasserlöslichkeit von Arsen zurückzuführen.
Blei
Der Bleigehalt (Abb. 2) hingegen, weist, besonders an Standort 2, erhöhte Werte auf, welche für eine mäßige Belastung, nach der LAWA-Güteklassifikation, sprechen. Anzumerken ist, dass flussaufwärts von Standort 2 die Kläranlage Dortmund-Scharnhorst liegt, was die erhöhten Bleiwerte von 67.36 mg/kg (Standort 2.1) und 53.18 mg/kg (Standort 2.2) erklären könnte. In Abb. 1 wird deutlich, dass der Bleigehalt im Verlauf des Baches erst abfällt (Standort 4) und dann an Standort 7 ansteigt, was sich möglicherweise auf die unmittelbare Nähe des Massener Bach Zuflusses (Standort 8) zurückführen lässt. Standort 9 und 10 sind laut LAWA-Güteklassifikation als anthropogen unbelastet einzustufen.
Cadmium
Im Gegensatz zu Blei sind die Cadmium-Werte größtenteils unauffällig. Da Cadmium meist als Begleiter von Zink, welcher erhöhte Werte aufweist, vorkommt (Umweltbundesamt 2003: 74), ist ein Cadmiumgehalt zwischen Güteklasse 1 und Güteklasse 1-2 unerwartet. Die einzigen Standorte, die Güteklasse 1-2 aufweisen, sind die Standorte: 2.1 (flussabwärts der Kläranlage DO-Scharnhorst); 7.1 und 7.2 (Nähe Zufluss Massener Bach), welche, trotz Einleitungen vor den jeweiligen Standorten, den geogenen Hintergrundwert für Cd (≤0.3 bis ≤0.6 mg/kg) nicht überschreiten (Schulze 2001: 8). Diese Erkenntnisse verdeutlichen wie anspruchsvoll die Separation von Hintergundwert und anthropogenen Faktoren ist.
Chrom
Chrom kommt in der Natur fast ausschließlich in gebundener Form (z.B. Sedimenten) vor. Wird es jedoch anthropogen eingetragen, so sind die Haupteintragsquellen die Verbrennung fossiler Energieträger, Industrielle Abwassereinleitungen, Abgase und Bergbau (Umweltbundesamt 2003: 78). Die Körne ist in Bezug auf Chrom an allen Messstandorten in LAWA-Güteklasse 1 einzuordnen, welches bei Betrachtung der Haupteintragsquellen von Chrom zeigt, dass die Renaturierung der Körne nicht erfolgslos war.
Kupfer
Kupfer weist, in Kontrast zu Chrom, größere Schwankungen auf (Abb. 3). Die höchsten Kupfer-Werte sind, flussabwärts des Klärwerks, an Standort 2 (zu beiden Probezeitpunkten) zu finden. Insgesamt zeigen Standort 2 und Standort 7 eine deutliche Belastung durch Kupfer, Standort 4 eine sehr geringe Belastung und Standort 9 und 10 sind anthropogen unbelastet. Da Kupfer sich sowohl stark in Sedimenten anreichert als auch durch Bindungen an Komplexbildner wieder leicht remobilisierbar wird, lässt sich das Absinken des Kupferwerts zwischen Standort 2 und 7 eventuell auf eine erhöhte Pufferkapazität in diesem Abschnitt zurückführen (Umweltbundesamt 2003: 81). Ergänzend ist die Löslichkeit von Kupfer von der Wasserhärte abhängig (Umweltbundesamt 2003: 82), welche im Rahmen dieses Projektseminars nicht ermittelt wurde.
Nickel
Der Körnebach ist in Bezug auf Nickel an allen Probestandorten anthropogen unbelastet. Nickel gehört zu den Schwermetallen, welche im Wasser außerordentlich mobil sind und besonders Nickel-Salze sind bei einem pH-Wert zwischen 6-9 gut wasserlöslich (Umweltbundesamt 2003: 84). Dies könnte die Nickel-Werte erklären, welche nicht einmal den geologischen Hintergrundwert (30 mg/kg) überschreiten (Schulze 2001: 8).
Zink
Die Belastung durch Zink (Abb. 4) ist, im Vergleich mit den anderen Schwermetallbelastungen, besonders hoch. An den Standorten 2 und 7 überschreiten die Messwerte den Zielwert bis zu 4-mal, was sich als erhöhte Belastung klassifizieren lässt (Schulze 2001: 9). An Standort 2 stehen die erhöhten Werte möglicherweise mit der, sich flussaufwärts befindenden, Kläranlage DO-Scharnhorst in Verbindung. Die unmittelbare Nähe zu einer Schnellstraße sollte auch nicht außer Acht gelassen werden, denn Autobahnen können zum Eintrag von Zink in Gewässer beitragen (Umweltbundesamt 2003: 90). Auch diffuse Einträge wie Niederschlag, Landwirtschaft und Urbanisierung tragen zu Zinkbelastungen bei (Umweltbundesamt 2003: 91) und sind besonders bei Betrachtung von Standort 7 zu beachten. Standort 4 ist als deutlich belastet klassifizierbar, und ist somit weniger belastet als die umliegenden Standorte 2 und 7. In Kontrast zu den eben genannten Standorten, liegen in der Umgebung von Standort 4 mehrere Naturschutzgebiete. Außerdem liegt dieser Standort inmitten eines Wohngebiets, was einen Zinkeintrag durch Landwirtschaft verhindert, jedoch die Belastung durch Urbanisierung erhöht. Standort 9 hat den geringsten Zinkgehalt und ist somit als mäßig belastet einzustufen. Standort 10 hingegen ist wieder deutlich belastet, was in Verbindung mit einem landwirtschaftlichen Zufluss zwischen Standort 9 und 10 stehen könnte.
Fazit
Die Schwermetallbelastung in den Sedimenten des Körnebachs ist größtenteils positiv zu bewerten. In Bezug auf As, Cd, Ni und Cr ist die Körne anthropogen unbelastet und trägt die Güteklasse 1. Lediglich Pb, Cu und Zn weisen erhöhte Belastungen auf. Es lässt sich anhand der Messergebnisse ableiten, dass sowohl die Kläranlage DO-Scharnhorst als auch diverse landwirtschaftliche Zuflüsse und Flächen, zu erhöhten Schwermetallgehalten beitragen. Auch die Geschichte des Ruhrgebiets ist von Relevanz, denn der geologische Hintergrundwert kann, durch Abschwemmungen aus Halden, ansteigen (Länderarbeitsgemeinschaft Wasser LAWA 1997: 17). Zusätzlich sind Niederschlagsereignisse relevant für Schwermetallgehalte, insbesondere wenn am Tag vor der Beprobung (21. Mai) ein Starkregenereignis stattfindet.
Bei genauerer Betrachtung der Schwermetallgehalte an Probestandort 2 (vgl. Abb. 1), lässt sich eine Differenz zwischen den Messungen am 22. Mai und am 02. Juni feststellen. Die Werte nach dem Starkregenereignis sind bei fast allen Schwermetallen höher als die Werte von den Messungen im Juni, was auf eine erhöhte Auswaschung von Schwermetallen hinweist.
Der aktuelle Zustand des Körnebachs lässt sich nach der Betrachtung von Sedimentbelastungen durch Schwermetalle ehr positiv beurteilen, auch wenn Pb, Cu und Zn an einigen Stellen erhöht sind, hat die Körne seit ihrer Renaturierung einen deutlich positiven Wandel durchgemacht.
Quellen
Länderarbeitsgemeinschaft Wasser (LAWA) (Hg.) (1997): Zielvorgaben zum Schutz oberirdischer Binnengewässer Band 2. Ableitung und Erprobung von Zielvorgaben zum Schutz oberirdischer Binnengewässer für die Schwermetalle Blei, Cadmium, Chrom, Kupfer, Nickel, Quecksilber und Zink. https://www.lawa.de/documents/zielvorgaben_schutz_oberirdgewaesser_bd_ii_1552305611.pdf [17.07.24].
Schulze, M. (1997): Schwermetalle im Sediment der niedersächsischen Elbe und ihrer Nebenflüsse oberhalb Hamburgs. Lüneburg (= NLWK Schriftenreihe Band 1). https://www.nlwkn.niedersachsen.de/download/70022/Band_1_Schwermetalle_im_Sediment_der_Niedersaechsischen_Elbe_und_ihrer_Nebenfluesse_oberhalb_Hamburgs.pdf[17.07.24].