Die vier Griechischen Elemente: - TOBIAS-lib - Universität Tübingen
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Konstanz PAK-Konzentrationen deutlich oberhalb der Blank-Proben messbar waren. Die Konzentrationen der semivolatilen PAK (bis Pyren) in diesen Proben sind gut mit den Werten vergleichbar, die in Wasserextrakten von Humusauflagen und Oberböden ermittelt wurden (vgl. Tabelle 3-13 und Tabelle A-31 im Anhang). Dies deutet auf einen Transport unter Gleichgewichtsbedingungen hin. Zur Klärung der Frage der Transportart (echte Lösung oder partikelgebundener Transport) wurden die PAK-Verteilungsmuster berechnet. Diese wurden zum einen mit den Verteilungsmustern der PAK-Feststoffkonzentrationen von Oberboden- und Humushorizonten, zum anderen mit den aus diesen Feststoffkonzentrationen berechneten Sickerwasserkonzentrationen (siehe Kap. 3.4.3) verglichen (Abbildung 4-4). Einzelsubstanz Σ−PAK-1 [%] 50 40 30 20 10 0 Any Ace Fln Phe Ant Fth Py Oberböden + Humusauflagen BaA Chr BbF-BkF BaP Indeno DahA BghiP Interflowquelle (SB 2) Sickerwasser (berechnet) Abbildung 4-4 PAK-Verteilungsmuster von Feststoffkonzentrationen der Humus- und Oberbodenhorizonte (n = 13), berechneter Sickerwasserkonzentrationen (n = 15) und gemessener Quellwasserkonzentrationen (n = 17) im Untersuchungsgebiet „Seebach“. Die Fehlerbalken entsprechen einer Standardabweichung. Zwar weisen die relativ großen Fehlerbalken für die Verteilungsmuster der Interflowquelle (SB 2) einerseits auf die Probenheterogenität hin, die auch durch verschiedene Witterungsbedingungen zum Zeitpunkt der Probenahme (Starkregenereignisse, Schneeschmelze etc.) verursacht wird. Andererseits bewegt sich die verwendete Analytik bei diesen Proben im Grenzbereich, 4.3 Ergebnisse und Diskussion was eine entsprechende Unsicherheit bedingt. Gleichwohl kann aus dem Vergleich der Verteilungsmuster abgelesen werden, dass eine höhere Affinität der Quellwasserproben zu den Feststoffkonzentrationen der Bodenproben besteht als zu den unter Gleichgewichtsannahme berechneten Sickerwasserkonzentrationen. Dies legt den Schluss nahe, dass mobilisierte Bodenpartikel ursächlich für die (gegenüber den anderen Wasserproben) erhöhten PAK-Konzentrationen in der Interflowquelle sind, denn die PAK mit hohen Molekulargewichten werden fast ausschließlich partikelgebunden transportiert (Hoffman et al., 1984; Gustaffson & Harkin, 2000). Zwar wurden in diesen Wasserproben auch die höchsten DOC-Werte ermittelt (siehe Tabelle A-26 im Anhang), eine Korrelationsanalyse zwischen PAK- und DOC-Konzentrationen dieser Wasserproben ergab jedoch, dass zwischen diesen beiden Parametern kein statistischer Zusammenhang besteht (Abbildung 4-5). ΣPAK 8 [ng l -1 ] 25 20 15 10 5 0 r 2 (ΣPAK 8 ) = 0,003 r 2 (ΣEPA-PAK(-Nap)) = 0,006 10 20 30 40 50 DOC [mg l -1 ] ΣPAK8 ΣEPA-PAK(-Nap) Abbildung 4-5 Korrelationsanalyse zwischen PAK- und DOC-Konzentrationen der Interflowquelle (SB 2). Um zu vermeiden, dass bei der DOC-Messung gröbere Partikel durch die Filtration ausgeschlossen werden, wurde der DOC auch an ungefilterten Teilproben gemessen, die zur Vermeidung der Sedimentation von Partikeln während der Analyse mit einem Magnetrührer gerührt wurden. Dies beeinflusste das Ergebnis der DOC-Messungen jedoch nicht (Daten nicht dargestellt). Die Antikorrelation zwischen DOC- und PAK-Konzentrationen ist daher nicht auf 40 30 20 10 0 ΣEPA-PAK (-Nap) [ng l -1 ] 111
4 Massenbilanzierung von PAK auf Einzugsgebietsskala einen Artefakt durch die Probenvorbehandlung zurückzuführen. Trotzdem legt der Vergleich der Verteilungsmuster einen partikelgetragenen Transport durch erosive, mechanische Mobilisierung von Bodenpartikeln nahe. Für die Beschreibung der Mobilisierung dieser Partikel ist jedoch der DOC offensichtlich nicht der geeignete Parameter. Countway et al. (2003) konnten PAK- Konzentrationsschwankungen in der Wassersäule eines Ästuars ebenfalls nicht mit entsprechenden DOC-Konzentrationen korrelieren. Erst die Aufsplittung des C-Pools in unterschiedliche Herkunftskategorien (autochthone Verbindungen aus der Plankton-Produktion vs. allochthone Verbindungen aus atmosphärischer Deposition und Sediment-Resuspension) erlaubte die Zuordnung der hochmolekularen PAK zu den allochthonen Verbindungen (Countway et al., 2003). Simpson et al. (2001) weisen darauf hin, dass in hydrophoben Regionen eingeschlossene aromatische Strukturen der organischen Bodensubstanz nicht an Lösungsprozessen im Boden beteiligt sind. Unterstützt wird dies durch die Beobachtung, dass die KOC-Werte für hydrophobe organische Schadstoffe gegenüber der gelösten organischen Bodensubstanz um ca. 1 Größenordnung niedriger liegen als gegenüber der ungelösten organischen Substanz (Herbert et al., 1993). Dies würde auch bedeuten, dass in aromatischen Strukturen sorbierte Schadstoffe nicht mobilisiert werden könnten. Damit kann zwar die Antikorrelation zwischen DOC- und PAK-Konzentrationen in der Interflowquelle erklärt werden. Allerdings steht dies im Widerspruch zu den erhöhten PAK-Konzentrationen in Bh-Horizonten von Podsolen, die auf DOC-assoziierten Co- Transport zurückgeführt werden (siehe Kap. 3.3.1). Es ist offensichtlich, dass die Art und Beschaffenheit der mobilisierten Partikel eine entscheidende Rolle für den PAK-Transport spielen (in diesem Zusammenhang wäre die Untersuchung der Quellwässer auf kohlige Partikel möglicherweise aufschlussreich). Dieser Umstand wurde 112 in dieser Arbeit nicht näher untersucht. Aus dem vertikalen Konzentrationsprofil (keine PAK- Konzentrationen in den Schichtquellen an der Basis des Buntsandsteines, aber im Oberflächenabfluss und Interflow) kann jedoch gefolgert werden, dass der PAK-Transport auf Einzugsgebietsebene in erster Linie von der Mobilität von Bodenpartikeln (und Kolloiden) determiniert wird. 4.3.2.2 Kationen und Anionen Zur Charakterisierung des Quellwasserchemismus wurde im Seebach-Einzugsgebiet eine langjährige Datenreihe der Hauptinhaltsstoffe (Kationen und Anionen) fortgesetzt. Die Mediane der Stoffkonzentrationen werden in Tabelle 4-9 zusammengestellt, die Daten der Stichtagsbeprobungen befinden sich in Tabelle A-26 im Anhang. Tabelle 4-9 Mediane der Hauptinhaltsstoff-Konzentrationen (mg l -1 ) und pH-Werte in Quellen und im Vorfluter im Seebach-Einzugsgebiet (Stichtagsbeprobungen zwischen Juli 2000 und September 2002). Hauptinhalts- stoffe SB 2 n = 7 SB 1 n = 11 SB 8 n = 11 SB 13 n = 11 pH 4,43 4,71 6,01 7,23 K 0,7 0,8 1,1 1,0 Na 0,4 0,6 0,8 0,7 Ca 2,2 2,0 3,9 4,3 Mg 0,3 0,3 1,4 1,3 NO3 2,4 3,0 3,8 2,8 SO4 1,9 5,1 4,9 4,4 Cl 0,7 1,0 1,3 1,2 DOC 31,4 2,6 1,0 2,4 Die untersuchten Quellen weisen eine deutliche Zunahme der Alkalität mit der Tiefe auf, die sich einerseits in einer Steigerung um 1,5 pH- Stufen, andererseits in einer doppelten bzw. vierfachen Ca- bzw. Mg-Konzentration in den Proben der Basisquelle gegenüber der Deckschichten- und Interflowquelle ausdrückt. Steigende Konzentrationen mit der Tiefe werden für
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Konstanz PAK-Konzentrationen deutlich oberhalb<br />
der Blank-Proben messbar waren. <strong>Die</strong> Konzentrationen<br />
der semivolatilen PAK (bis Pyren)<br />
in diesen Proben sind gut mit den Werten vergleichbar,<br />
die in Wasserextrakten von Humusauflagen<br />
und Oberböden ermittelt wurden (vgl.<br />
Tabelle 3-13 und Tabelle A-31 im Anhang).<br />
<strong>Die</strong>s deutet auf einen Transport unter Gleichgewichtsbedingungen<br />
hin. Zur Klärung der Frage<br />
der Transportart (echte Lösung oder partikelgebundener<br />
Transport) wurden die PAK-Verteilungsmuster<br />
berechnet. <strong>Die</strong>se wurden zum einen<br />
mit den Verteilungsmustern der PAK-Feststoffkonzentrationen<br />
von Oberboden- und Humushorizonten,<br />
zum anderen mit den aus diesen Feststoffkonzentrationen<br />
berechneten Sickerwasserkonzentrationen<br />
(siehe Kap. 3.4.3) verglichen<br />
(Abbildung 4-4).<br />
Einzelsubstanz Σ−PAK-1 [%]<br />
50<br />
40<br />
30<br />
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Any<br />
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Oberböden<br />
+ Humusauflagen<br />
BaA<br />
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Interflowquelle<br />
(SB 2)<br />
Sickerwasser<br />
(berechnet)<br />
Abbildung 4-4 PAK-Verteilungsmuster von Feststoffkonzentrationen<br />
der Humus- und Oberbodenhorizonte<br />
(n = 13), berechneter Sickerwasserkonzentrationen<br />
(n = 15) und gemessener Quellwasserkonzentrationen<br />
(n = 17) im Untersuchungsgebiet „Seebach“.<br />
<strong>Die</strong> Fehlerbalken entsprechen einer Standardabweichung.<br />
Zwar weisen die relativ großen Fehlerbalken für<br />
die Verteilungsmuster der Interflowquelle (SB<br />
2) einerseits auf die Probenheterogenität hin, die<br />
auch durch verschiedene Witterungsbedingungen<br />
zum Zeitpunkt der Probenahme (Starkregenereignisse,<br />
Schneeschmelze etc.) verursacht<br />
wird. Andererseits bewegt sich die verwendete<br />
Analytik bei diesen Proben im Grenzbereich,<br />
4.3 Ergebnisse und Diskussion<br />
was eine entsprechende Unsicherheit bedingt.<br />
Gleichwohl kann aus dem Vergleich der Verteilungsmuster<br />
abgelesen werden, dass eine höhere<br />
Affinität der Quellwasserproben zu den Feststoffkonzentrationen<br />
der Bodenproben besteht<br />
als zu den unter Gleichgewichtsannahme berechneten<br />
Sickerwasserkonzentrationen. <strong>Die</strong>s<br />
legt den Schluss nahe, dass mobilisierte Bodenpartikel<br />
ursächlich für die (gegenüber den anderen<br />
Wasserproben) erhöhten PAK-Konzentrationen<br />
in der Interflowquelle sind, denn die PAK<br />
mit hohen Molekulargewichten werden fast ausschließlich<br />
partikelgebunden transportiert<br />
(Hoffman et al., 1984; Gustaffson & Harkin,<br />
2000). Zwar wurden in diesen Wasserproben<br />
auch die höchsten DOC-Werte ermittelt (siehe<br />
Tabelle A-26 im Anhang), eine Korrelationsanalyse<br />
zwischen PAK- und DOC-Konzentrationen<br />
dieser Wasserproben ergab jedoch, dass<br />
zwischen diesen beiden Parametern kein statistischer<br />
Zusammenhang besteht (Abbildung 4-5).<br />
ΣPAK 8 [ng l -1 ]<br />
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Abbildung 4-5 Korrelationsanalyse zwischen PAK-<br />
und DOC-Konzentrationen der Interflowquelle (SB<br />
2).<br />
Um zu vermeiden, dass bei der DOC-Messung<br />
gröbere Partikel durch die Filtration ausgeschlossen<br />
werden, wurde der DOC auch an ungefilterten<br />
Teilproben gemessen, die zur Vermeidung<br />
der Sedimentation von Partikeln während<br />
der Analyse mit einem Magnetrührer gerührt<br />
wurden. <strong>Die</strong>s beeinflusste das Ergebnis der<br />
DOC-Messungen jedoch nicht (Daten nicht dargestellt).<br />
<strong>Die</strong> Antikorrelation zwischen DOC-<br />
und PAK-Konzentrationen ist daher nicht auf<br />
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