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Forum für Wissen 2013: 55–60 55
Werden im Boden gespeicherte Metalle durch
Umweltveränderungen freigesetzt?
Wolfgang Wilcke, Moritz Bigalke und Adrien Mestrot
Universität Bern, Geographisches Institut, Hallerstrasse 12, CH-3012 Bern, wolfgang.wilcke@giub.unibe.ch
Der Klimawandel könnte in der Schweiz zu ausgeprägteren Nassphasen führen.
Die resultierende Wassersättigung verursacht Sauerstoffmangel im Boden und
senkt das Redoxpotenzial. Unter solchen chemisch-reduzierenden Bedingungen
können gespeicherte Metalle durch Auflösung von Eisen- und Mangan-(Hydr-)
oxiden gelöst und verlagert werden. Gleichzeitig kommt es zu einer bisher wenig
beachteten Freisetzung von Metall-Kolloiden in die Bodenlösung. Ein weiterer,
zahlreiche Metalle betreffender Transformations-Prozess unter sauerstoffarmen
Bedingungen ist die Biomethylierung. Mit sinkendem Redoxpotenzial wird dieser
Prozess verstärkt, der zum Beispiel für As mit einer Minderung, für Hg aber mit
einer Zunahme der Toxizität verbunden ist. Zusammenfassend lässt sich festhalten,
dass zeitlich zunehmende Nassphasen voraussichtlich zu einer (Re-)Mobilisierung
von Metallen in Waldböden in gelöster, kolloidaler und alkylierter Form
führen würden.
1 Einleitung
Eine Bewertung der Belastung von
Waldböden mit ausgewählten Metallen
(Cr, Ni, Cu, Zn und Pb) wurde von
Zimmermann et al. (2006) anhand von
95 Bodenprofilen aus der gesamten
Schweiz vorgenommen. Dabei zeigte
sich, dass vor allem in der Ostschweiz
häufig Cr- und Ni-Gehalte im mineralischen
Oberboden auftreten, die den
Richtwert der VBBo (1998) überschreiten.
Dies steht im Zusammenhang
mit Serpentin-Gestein und hat
daher geogene Gründe. In den Unterböden
wurden häufigere Cr- und Ni-
Richtwertüberschreitungen gefunden
als im Oberboden, was ebenfalls auf
überwiegend geogene Gründe der Crund
Ni-Belastung hinweist. Die Richtwerte
der VBBo (1998) für Cu wurden
lediglich in wenigen Unterböden der
Südschweiz überschritten und es zeigte
sich kein Hinweis auf Cu-Einträge
aus der Atmosphäre. Die Zinkgehalte
der untersuchten Böden überschritten
weder im Unter- noch im Oberboden
die Richtwerte der VBBo (1998) und es
zeigten sich Hinweise auf eine geringe
anthropogene Zn-Anreicherung. Blei
ist das einzige Metall, dessen Gehalte
im Oberboden häufiger die Richtwerte
überschreiten als im Unterboden, was
auf eine anthropogene Belastung, die
vermutlich noch aus der Zeit der Verwendung
bleihaltigen Benzins stammt,
hinweist. Zusammenfassend lässt sich
feststellen, dass es in Waldböden der
Schweiz – mit Ausnahme weniger
kleinräumig belasteter Standorte (z. B.
Schiessanlagen im Wald) – flächendeckend
geringe Probleme aufgrund
von anthropogener Bodenkontamination
mit Metallen gibt, dass aber regional
durchaus aus geogenen Gründen
stark erhöhte Schwermetallgehalte auftreten.
Um mögliche zukünftige Gefahren,
die von den regional erhöhten Schwermetallgehalten
ausgehen können, einzuschätzen,
müssen Veränderungen
des physiko-chemischen Bodenmilieus
durch die vielfältigen aktuellen
Umweltveränderungen (u. a. Klimawandel,
Nähr- und Schadstoffeinträge,
beschleunigte Bodenversauerung)
berücksichtigt werden. Die vielleicht
markanteste aktuelle Umweltveränderung,
der Klimawandel, wird sich in der
Schweiz voraussichtlich auf die Wassergehalte
und damit verbunden den Sauerstoffhaushalt
und das Redoxregime
des Bodens auswirken. Klimaprognosen
rechnen mit steigenden Temperaturen,
länger anhaltenden Trockenphasen,
sowie mit vermehrten Starkregenereignissen
und Veränderungen
der Schnee- und Gletscherschmelze
(Fischer und Schär 2009; Min et al.
2011; IPCC 2012), obwohl eine Vorhersage
der Entwicklung des Niederschlagsregimes
aktuell noch schwierig
ist (O’Gorman und Schneider 2009).
Die Auswirkungen dieser Entwicklung
auf die Bodenfeuchte und das Redoxpotenzial
sind komplex und hängen
neben den genauen klimatischen
Bedingungen auch von den Eigenschaften
der jeweiligen Böden ab (IPCC
2012). Daher ist es schwierig, die generelle
Bedeutung dieser Veränderung
auf die Redoxpotenziale in Waldböden
abzuschätzen. Es kann aber davon
ausgegangen werden, dass in Auenwäldern
und in stau- und grundwasserbeeinflussten
Wäldern, zum Beispiel auf
Pseudogleyen, die in der Schweiz häufig
auftreten, der Klimawandel Einfluss
auf das Redoxregime im Boden haben
wird. Im Hinblick auf die Mobilisierung
von in Waldböden gespeicherten
Metallen könnten schon wenige Tage
anhaltende Nassphasen mit niedrigen
Redoxpotenzialen eine wichtige Rolle
spielen (Abb. 1). Daher fokussieren
wir im Folgenden auf die Auswirkungen
von Nassphasen auf die Überführung
von Metallen in die Bodenlösung
in gelöster oder kolloidaler Form sowie
auf die Alkylierung und Bioverflüchtigung
von Metallen.
2.1 Metallfreisetzung in die
Bodenlösung
Änderungen des Redoxpotenzials in
Böden können starke Auswirkungen
auf die Metallkonzentrationen in der
Bodenlösung und die Bindungsformen
der Metalle in der Bodenfestphase
haben (Grybos et al. 2009; Weber
et al. 2010). Kommt es zu einer Wassersättigung
des Bodens wird der im

56 Forum für Wissen 2013
Wasser vorhandene Sauerstoff schnell
von Bodenorganismen verbraucht. Aus
Mangel an Sauerstoff werden im Folgenden
die bei der Oxidation organischer
Substanz entstehenden Elektronen
auf alternative Elektronenakzeptoren
(z. B. Nitrat) übertragen. Schon
innerhalb von wenigen Tagen nach der
Wassersättigung kommt es zur Reduktion
von Mn- und Fe-(Hydr)Oxiden,
den Sesquioxiden. Bei der reduktiven
Auflösung dieser (Hydr)Oxide werden
auch mit ihnen vergesellschaftete
Metalle (z. B. As, Cr und Co) in
die Bodenlösung abgegeben (Borch
et al. 2010). Die reduktive Auflösung
von Sesquioxiden ist immer auch mit
einem Verbrauch von Protonen verbunden,
wodurch in sauren Böden der
pH-Wert in der Bodenlösung ansteigen
kann. Durch diesen pH-Wert-Anstieg
kommt es zu einer Mobilisierung von
organischer Substanz (in gelöster und
kolloidaler Form) und damit verbunden
auch zu einer Mobilisierung von
Organo-Metallkomplexen, die wiederum
die Mobilität von Schadmetallen
im Boden stark erhöhen können (Grybos
et al. 2007, 2009). Ein weiterer möglicher
Effekt der sinkenden Redoxpotenziale
ist die Biomineralisierung
und Reduktion von bestimmten Metallen
(z. B. Cu), die wiederum den kolloidalen
Anteil dieser Metalle in der
Bodenlösung stark erhöhen können
(Weber et al. 2009). Bei fortschreitender
Wassersättigung kann es schliesslich
zur Reduktion von Sulfat zu Sulfid
kommen. Zu Beginn der Sulfatreduktion
wird eine Reihe von Metallen
durch die Bildung kolloidaler Sulfide
kurzfristig stark mobilisiert (Weber
et al. 2009). Bei anhaltend niedrigem
Redoxpotenzial kommt es aber zu
einer Aggregation der Kolloide und
zu abnehmenden Metall-Konzentrationen
in der Bodenlösung. Die als Sulfid
gebundenen Metalle sind nun unter
anhaltend tiefen Redoxpotenzialen
immobil, werden aber bei einer Belüftung
des Bodens (Abnahme der Wassersättigung)
wieder remobilisiert.
Die Metallmobilisierung im Boden
läuft also in verschiedenen Stufen und
unterschiedlichen Zeitskalen ab. Während
As vorwiegend durch die reduktive
Auflösung von Sesquioxiden in die
Bodenlösung überführt wird und die
Konzentrationen in der Bodenlösung
auch lange nach der einsetzenden Was-
Abb. 1. Freisetzung von a) As und b) Cu unter reduzierenden Bedingungen in die Bodenlösung.
Bitte beachten Sie die unterschiedliche Skalierung der Y-Achsen.
sersättigung im Boden noch ansteigt,
kommt es zum Beispiel bei Cu zu einer
schnellen Mobilisierung durch Biomineralisation
und anschliessende Cu x S-
Bildung (Weber et al. 2009; Abb. 1).
Neben der Metallfreisetzung in die
Bodenlösung ändern sich auch die
Metallbindungsformen in der Bodenfestphase
in Abhängigkeit vom Redoxpotenzial.
Eine sequenzielle Extraktion
mit sauerstofffrei inkubiertem
Boden zeigte in einem von uns durchgeführten
Laborexperiment ansteigende
Gehalte der meisten Metalle in zwei
relativ gut bioverfügbaren Fraktionen
mit zunehmender Dauer der Inkubation
(Ergebnisse nicht dargestellt).
Ähnliche Beobachtungen berichteten
Weber et al. (2009, 2010), die mithilfe
von Röntgen-Absorptionsspektrometrie
(XAS) nachwiesen, dass sich
mit zunehmender Inkubationsdauer
die chemische Elementspeziierung im
Boden ändert. Während die meisten
dieser Erkenntnisse in Laborexperimenten
gewonnen wurden, lassen sich
auch vor Ort in Waldböden Metallverlagerungen
erkennen. Die Verlagerung
von Eisen- und Manganoxiden in
wasserbeeinflussten Böden ist anhand
der entstehenden rot-weissen Marmorierung
schon mit blossem Auge zu
erkennen, während es im Hinblick auf
potentielle Schadmetalle keine direkten
visuellen Hinweise gibt.
Mit neuen Analysemethoden lassen
sich aber auch über die reinen (kleinen)
Gehaltsänderungen nicht detektierbare
Spurenmetall-Verlagerungen
in vernässten Böden untersuchen. Eine
geeignete Methode ist zum Beispiel
die Analyse der stabilen Metallisotopenverhältnisse.
Metallisotope zeigen
Fraktionierungen (Verschiebungen der
Isotopenverhältnisse) in Abhängigkeit
von den physiko-chemischen Bedingungen
(z. B. Redoxbedingungen)
im Boden. Werden Metalle aus dem
Boden ausgewaschen, ändert sich die
Isotopen-Zusammensetzung sowohl
des Auswaschungs- als auch des Einwaschungs-Horizontes.
Das Isotopenverhältnis
der Probe wird dabei als d-Wert
relativ zu einem internationalen Isotopenstandard
angegeben, wie in Gleichung
1 beispielhaft für Cu gezeigt.
Gleichung 1:
65
δ Cu
[‰]
⎛
= ⎜
⎝
65 63
( Cu / Cu)
65 63
( Cu / Cu)
sample
NIST976
⎞
−1⎟*1000
⎠
Mit dieser Methode lassen sich Hinweise
auf eine Mobilisierung und Auswaschung
von Cu aus Waldböden finden.
Bei einer Untersuchung von vier
Grund- oder Stauwasser-beeinflussten
Böden (zwei Gleyen und zwei Pseudogleyen)
und vier nicht vernässten-
Böden (zwei Podsolen und zwei Braunerden)
stellte sich heraus, dass Cu in
den vernässten Böden mit zunehmender
Tiefe isotopisch schwerer wurde
(0,11 ± 0,07‰; 95 % Konfidenzintervall),
während es in den oxisch verwitterten
Böden isotopisch leichter wurde
(–0,37 ± 0,21‰; 95 % Konfidenzintervall;
Bigalke et al. 2010; 2011). Diese
Unterschiede lassen sich dadurch erklären,
dass im Boden unter Sauerstoffmangel
chemisch reduzierte Cu-Verbindungen
– wahrscheinlich Kolloide
– freigesetzt und verlagert werden. Die
reduzierten Kolloide haben ein leichteres
Cu-Isotopenverhältnis und das verbleibende
Cu im Boden wird isotopisch
schwerer, je mehr Cu verlagert wird.

Forum für Wissen 2013 57
Die Cu-Isotopenverhältnisse zeigten
in einem Auenboden ausserdem eine
enge Korrelation mit den Eisen-Gehalten,
was darauf schliessen lässt, dass
die gleichen Bedingungen, die zu der
reduktiven Eisen(hydr)oxid-Auflösung
und Fe-Verlagerung führen, auch die
Fraktionierung der Cu-Isotopenverhältnisse
verursachen (Abb. 2; Bigalke
et al. 2010, 2013). In den nicht vernässten
Boden findet eine entgegengesetzte
Isotopenfraktionierung statt, die wahrscheinlich
auf die fortschreitende
Bodenentwicklung (Verwitterung, Bindung
von Cu an organische Substanz
und (Hydr)Oxide) zurückzuführen ist.
Im Falle von Cu lässt sich also zeigen,
dass die Redoxverhältnisse im Boden
einen messbaren Einfluss auf die Auswaschung
von Cu aus dem Boden
haben.
Zusammenfassend ist daher anzunehmen,
dass sich mit einer Veränderung
der Niederschlagsintensität und
-frequenz und somit auch der Dauer
von sauerstoffarmen, reduzierenden
Verhältnissen im Boden, auch die
Mobilität und Verfügbarkeit verschiedener
(Schad-)Metalle in Waldböden
ändert. Ob daraus eine neue Gefahrenlage
entsteht, ist für den einzelnen
Standort zu beurteilen.
2.2 Alkylierung von Metallen
Viele Metalle und Halbmetalle können
in Böden biologisch methyliert werden.
Wir konzentrieren uns im Folgenden
auf Arsen (As). Arsen ist ein potenziell
giftiges Element (Fee 2009), das
aus natürlichen und anthropogenen
Abb. 2. Zusammenhang zwischen Fe-
Gehalten und d 65 Cu-Werten in einem Süsswasserwatt
der Elbe.
Quellen in die Umwelt freigesetzt wird
(Adriano 2001). Geogene Belastungen
haben eine wichtige Bedeutung für
die As-Gehalte in Böden und As-Konzentrationen
in Gewässern (Nicholas
et al. 2003). Die VBBo (1998) akzeptiert
einen maximalen As-Gehalt
von 50 mg kg –1 in Böden auf Kinderspielplätzen
und Hausgärten. In der
Schweiz gibt es drei grössere geogene
As-Anreicherungen. (1) Die Thermalund
Mineralquellen in der Ostschweiz,
(2) die eisenangereicherten Kalk- und
Tonsteine des Jura sowie (3) Sulfiderzablagerungen
und Silikatgesteine in
den Alpen (Donzel 2001; Pfeifer et al.
2002; Le Bayon et al. 2011).
Weltweit konzentrieren sich die
meisten Forschungsarbeiten auf Askontaminierte
Wässer in Bangladesh
und Südostasien (Chowdhury et al.
2000; Rahaman et al. 2010; Hossain
et al. 2012), wo die Gesundheit von bis
zu 100 Millionen Menschen durch hohe
As-Konzentrationen im Trinkwasser
bedroht wird (Ng und Moore 2005).
Die Speziierung von As wird dabei
kaum betrachtet, weil das meiste As im
Wasser anorganisch ist. In Böden wird
die As-Mobilität und -Toxizität aber
stark von mikrobiellen Transformationen
beeinflusst (Thomas et al. 2001;
Fee 2009). Beispielsweise kann die
Biomethylierung von As seine Toxizität
reduzieren, indem sie hochgiftige
anorganische As-Spezies in die deutlich
weniger schädlichen Organo-As-
Verbindungen verwandelt. Dieser Prozess
ist mit der Entstehung von flüchtigen
As-Spezies verbunden, die als
Arsine bezeichnet werden (Mestrot
et al. 2009, 2011, 2013). Sowohl Biomethylierung
als auch Bioverflüchtigung
reagieren sensitiv auf Veränderung
des Redoxregimes. Solche Veränderungen
ergeben sich in Abhängigkeit
vom Humusgehalt des Bodens zum
Beispiel durch periodische Überflutungen,
anhalten de Niederschläge auf
Stauwasser-be einflussten Standorten
oder Hitze-/Kältewellen, deren Häufigkeit
in der Schweiz in naher Zukunft
möglicherweise ansteigt. Daher ist es
wichtig, die mikrobielle As-Freisetzung
aus Böden zu verstehen und zu
ermitteln, ob diese Transformationen
zur Bildung von weniger giftigen Spezies
(z. B. durch Biomethylierung) oder
sogar zu einer As-Gehaltsabnahme in
den Böden (Bioverflüchtigung) füh-
ren. Forschungsarbeiten in Bangladesh,
China und Indien legen nahe, dass
Wassersättigung und die Anwesenheit
von organischer Substanz eher zur
Freisetzung anorganischer As-Spezies,
die sehr giftig sind, führen. Allerdings
ist bislang sehr wenig darüber bekannt,
ob in Böden der gemässigten Breiten
ähnliche Transformationen auftreten
wie in tropischen Böden.
Fallbeispiel Juraweide
Aus den bisherigen Ausführungen wird
deutlich, dass die Ermittlung nicht
nur der As-Gesamtgehalte, sondern
auch der chemischen As-Speziierung
unerlässlich ist, wenn wir die Reaktion
von As-belasteten Waldböden auf
sich ändernde Klimabedingungen einschätzen
wollen. Im folgenden Beispiel
konzentrieren wir uns auf die As-Freisetzung
und -Methylierung in einem
Weideboden mit hohen As-Gehalten
im Jura in Reaktion auf Klimaänderungen
und Beweidung durch Kühe. Dazu
führten wir Mikrokosmen-Experimente
durch, in denen wir mit Kuhdung
versetzte Bodenproben unter Wassersättigung
bei 30 °C inkubierten, um
nassere und wärmere Bedingungen als
aktuell zu simulieren. Wir untersuchten
die Bodenlösung auf die gesamten As-
Konzentrationen sowie die As-Speziierung,
um alle Aspekte der As-Freisetzung
zu erfassen. Zusätzlich bestimmten
wir das Redoxpotenzial, den
pH-Wert und die gelöste organische
C-Konzentration (Englisch: dissolved
organic carbon, DOC). Abbildung 3
zeigt die As-Freisetzung in die Bodenlösung
in Abhängigkeit von ansteigenden
Kuhdung-Applikationen. Es wird
offensichtlich, dass die Zugabe von
Kuhdung die As-Freisetzung erhöhte
aber auch, dass ohne Kuhdung As
unter niedrigen Redoxpotenzialen in
die Lösung überführt wurde. Übertragen
auf Waldböden spekulieren
wir, dass zum Beispiel die infolge der
anhaltenden N-Einträge (Galloway et
al. 2004) in weit verbreitete N-limitierte
Wälder stimulierte Netto-Primärproduktion
(LeBauer und Treseder
2008) eine ähnliche Wirkung auf die
As-Freisetzung haben könnte. Abbildung
4 zeigt, dass die gesamte As-Freisetzung
auch unabhängig vom Gehalt
an organischer Substanz mit sinkenden
Redoxpotenzialen exponentiell anstieg
und dass die Freisetzung bereits ober-

58 Forum für Wissen 2013
Gesamte As-Konzentration [µg.l –1 ]
120
100
80
60
40
20
0
5% Kuhdung
R² = 0,9997
2% Kuhdung
R² = 0,9996
0% Kuhdung
R² = 0,9985
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16
Dauer der Inkubation [Tage]
Abb. 3. Entwicklung der gesamten As-Konzentration in den Bodenlösungen von Mikrokosmen
während der 16-tägigen Inkubation eines As-belasteten jurassischen Bodens in Abhängigkeit
vom zugesetzten Anteil an Kuhdung.
Gesamte As-Konzentration [µg.l –1 ]
120
100
80
60
40
20
R² = 0,9027
0
0 50 100 150 200 250
Redoxpotenzial [mV]
0% 2% 5%
Abb. 4. Zusammenhang zwischen den gesamten As-Konzentrationen in den Bodenlösungen
von Mikrokosmen nach 16-tägiger Inkubation eines As-belasteten jurassischen Bodens
und dem Redoxpotenzial des Bodens in Abhängigkeit vom zugesetzten Anteil an Kuhdung
(in Massen-%).
As-Speziierung [%]
100
90
80
70
60
50
40
30
20
10
0
Tag 6 Tag 7 Tag 8 Tag 16
0% Kuhdung
Tag 6 Tag 7 Tag 8 Tag 16
2% Kuhdung
DMA (V) MMA (V) AS (V) As (III)
Tag 6 Tag 7 Tag 8 Tag 16
5% Kuhdung
Abb. 5. Speziierung von As in As(III), As(V), Monomethyl-As(V) (MMA) und Dimethyl-
As(V) (DMA) in der Bodenlösung zwischen Tag 6 und Tag 16 der Inkubation eines jurassischen
Bodens in Abhängigkeit vom zugesetzten Anteil an Kuhdung (in Massen-%).
halb eines Redoxpotenzials von 0 einsetzte,
also bereits unter subaeroben
Bedingungen. Nach 16 Tagen Inkubation
kam es zur Bildung von Methyl-As-
Verbindungen (Abb. 5). Die Methyl-
As-Verbindungen umfassten in der
nicht mit Kuhdung versetzten Variante
bis zu 25 Prozent der gesamten As-
Konzentrationen und trugen damit zu
einer Abschwächung der As-Toxizität
bei. Warum mit absinkendem Redoxpotenzial
der Beitrag von As(V) zur
gesamten As-Konzentration in der
Bodenlösung zunahm, also As offenbar
oxidiert wurde, ist unklar. Wir
haben grösste Sorgfalt darauf verwendet,
dass sich der Redoxzustand zwischen
Entnahme der Bodenlösung und
der Analyse nicht verändert und halten
daher einen analytischen Artefakt für
unwahrscheinlich. Das Gleichgewicht
zwischen As(III)- und As(V)-Spezies
in der Bodenlösung ist fragil und wird
u.a. durch gelöste organische Substanzen,
die auch oxidierend wirken können
(z. B. Semi-Chinone), beeinflusst
(Borch et al. 2010). Im beobachteten
Redoxbereich können As(III) und
As(V) koexistieren. Die Aufklärung
der Transformationen zwischen den
verschiedenen Arsinen ist Gegenstand
eines aktuellen EU-finanzierten Forschungsprojektes
(Marie Curie, BIO-
META) in unserer Gruppe.
Der untersuchte Boden aus dem Jura
wies mit 25 mg kg –1 einen erhöhten
As-Gehalt auf, der jedoch noch unter
dem Grenzwert der VBBo (1998) von
50 mg kg –1 lag. Die gesamten As- sowie
die Methyl-As-Konzentrationen in
der Bodenlösung stiegen mit sinkendem
Redoxpotenzial und steigenden
Gehalten an über Kuhdung zugeführter
organischer Substanz an. Obwohl
unsere Untersuchung mit einem Weideboden
durchgeführt wurde, haben
frühere Studien belegt, dass Organo-
As-Verbindungen auch in unbelasteten
Waldböden auftreten, in denen organische
As-Spezies bis zu 30 Prozent der
aus der Waldbodenauflage extrahierbaren
As-Gehalte umfassten (Huang
und Matzner 2007). Bevor abschliessende
Folgerungen im Hinblick auf die
verstärkte Verflüchtigung von Alkyl-
Metallverbindungen in Reaktion auf
den Klimawandel getroffen werden,
sollten noch andere, zum Beispiel saure
As-belastete Böden sowie andere Elemente
wie Selen, Antimon und Zinn

Forum für Wissen 2013 59
untersucht und dabei auch verschiedene
Szenarien der möglichen Klimaänderung
berücksichtigt werden.
3 Schlussfolgerungen
Unsere Fallbeispiele zeigen, dass mit
einer verstärkten Metallfreisetzung
aus der Festphase in die Bodenlösung
sowohl in gelöster als auch in kolloidaler
Form zu rechnen ist, sollte sich
das Redoxregime der Böden infolge
veränderter Niederschlagsmuster
mit ausgeprägteren Nassphasen verändern.
Gleichzeitig würde vermutlich
die Alkylierung von Metallen verstärkt,
die für manche Metalle – wie
As – zu einer Detoxifizierung und vielleicht
sogar zu einer Abreicherung aus
Böden über Verflüchtigung, für andere
Metalle – wie dem Hg – aber sogar
zur Bildung besonders toxischer Verbindungen
führen würde. Die Reaktion
der in Schweizer Waldböden gespeicherten
Metalle auf veränderte Klimabedingungen
bedarf der weiteren
wissenschaftlichen Untersuchung, die
verschiedene Klimaänderungsszenarien
sowie den Einfluss von Bodeneigenschaften
auf die Metallfreisetzung
berücksichtigen muss.
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Abstract
Will metals stored in soil be released in response to environmental change?
Current climate change is expected to lead to more pronounced wet phases in
Switzerland. The resulting water saturation means that O 2 concentrations in
soils will decrease and thus the redox potential will drop. Under such reducing
conditions, metals stored in soils can be released through the reductive dissolution
of iron and manganese (hydr)oxides and leached to deeper soil layers and the
groundwater. At the same time, a mobilization of colloids will take place. An
additional transformation process under reducing conditions is biomethylation,
which affects many (semi-)metals. Decreasing redox potentials enhance
biomethylation, leading to, e.g., a reduction in toxicity for As but an increase for
Hg. Our findings indicate that prolonged phases of soil water saturation are likely
to (re-)mobilize metals in forest soils in dissolved, colloidal and alkylated form.
Keywords: climate change, soil moisture regime, chemical reduction, colloids,
metal mobilization, metal methylation, stable metal isotopes