Bewertung erhöhter Cadmiumgehalte im Grundwasser von Niedersachsen und Bremen

Andreas Kubier1, Dörte Budziak2, Dieter de Vries3, Jörg Elbracht2, Kay Hamer1, Thomas Pichler1
1 Universität Bremen, Fachbereich Geowissenschaften, Fachgebiet Geochemie und Hydrogeologie
2 Landesamt für Bergbau, Energie und Geologie (LBEG), Referat Hydrogeologie
3 Niedersächsischer Landesbetrieb für Wasserwirtschaft, Küsten- und Naturschutz (NLWKN), Betriebsstelle Aurich, Aufgabenbereich Grundwasser

P 18.2 in Angewandte Hydrogeologie – Fallbeispiele der Staatlichen Geologischen Dienste

In Niedersachsen und Bremen wurden an über 700 Grundwasser-Messstellen Cadmium-Konzentrationen gemessen, die über dem Schwellenwert der Grundwasserverordnung von 0,5 µg/L liegen (GrwV, 2017). Aufgrund dieser Werte wurde bei der Beurteilung gemäß EU-Wasserrahmenrichtlinie der chemische Zustand mehrerer Grundwasserkörper als schlecht eingestuft. Ein schlechter Zustand erfordert Maßnahmen. Gegenstand dieses Projektes an der Universität Bremen, welches vom Land Niedersachsen gefördert und in Kooperation mit diesem durchgeführt wird, ist die Untersuchung der Ursachen dieser erhöhten Cadmiumgehalte, um geeignete Maßnahmen entwickeln zu können.

Für die Herkunft der erhöhten Cadmium-Konzentrationen im Grundwasser, sowie Mechanismen der Freisetzung wurden drei Szenarien angenommen: (1) geogener Ursprung, z.B. als Spurenstoff in Karbonaten oder Pyrit, (2) anthropogen induzierte Mobilisierung, z.B. durch Denitrifikation von Sulfiden und (3) anthropogener Eintrag, etwa im Umfeld von Altlasten oder als Begleitelement in Phosphatdüngern.

Es lagen über 25.000 Cadmium-Analysen an mehr als 6.000 Grundwasser-Messstellen aus den Jahren 1976 bis 2016 vor. Die Auswertung dieses umfangreichen Datensatzes erforderte den Einsatz statistischer Verfahren wie Standarddatenanalysen, Tests auf Normalverteilung und nachfolgend bi- und multivariate Testverfahren, um eine priorisierte Bearbeitung der Daten zu erlauben. Zudem wurde ein Bewertungsalgorithmus entwickelt, der die Beeinflussungsart der Grundwässer typisierte. Bei ausreichender Datenlage wurden Zeitreihen an Messstellen betrachtet. Für Hydrogeologische Teilräume (Ad-hoc-AG Hydrogeologie, 2016) wurden mit dem Wahrscheinlichkeitsnetz als 90. Perzentil natürliche Hintergrundwerte für Cadmium im Grundwasser abgeleitet (Wagner et al., 2014; GrwV, 2017).

Die Hintergrundwerte in den Marschen und Niederungen lagen im Mittel bei 0,13 µg/L und in den Geesten bei 0,36 µg/L. Einzelne Werte waren, ebenso wie die einiger Teilräume des Berglandes, jedoch über dem Schwellenwert von 0,5 µg/L. Die statistische Auswertung zeigte, dass zwischen Nitrat und Cadmium, sowie anderen Schwermetallen, statistisch signifikante Zusammenhänge bestehen. Von den 340 Messstellen, deren neuester Cadmiumgehalt im Grundwasser über 0,5 µg/L und über dem regionalen Hintergrundwert lag, waren 80 % landwirtschaftlich beeinflusst und zusätzlich oft versauert, was eine anthropogen induzierte Freisetzung des Cadmiums als wahrscheinliches Szenario anzeigt.

Es ist weiterhin vorgesehen, Daten zu Deposition, Boden- und Sickerwassergehalten an Boden-Dauerbeobachtungsflächen auszuwerten, sowie durch Laborversuche, z.B. sequentielle Extraktionen nach Rauret et al. (2001), das geogene Cadmiumpotential des Untergrundes sowie die Reaktions- und Transportprozesse zu bestimmen, die die Konzentrationen im Grundwasser kontrollieren. Diese Kenntnisse sollen in die Ableitung geeigneter Maßnahmen zur Verbesserung des chemischen Zustandes der Grundwasserkörper einbezogen werden.



Ad-hoc-AG Hydrogeologie (2016): Regionale Hydrogeologie von Deutschland − Die Grundwasserleiter: Verbreitung, Gesteine, Lagerungsverhältnisse, Schutz und Bedeutung. Geol. Jb., A 163, 456pp., Hannover.

GrwV (2017): Grundwasserverordnung vom 9. November 2010 (BGBl. I S. 1513), die zuletzt durch Artikel 1 der Verordnung vom 4. Mai 2017 (BGBl. I S. 1044) geändert worden ist.

Rauret, G., López-Sánchez, Lück, D., Yli-Halla, M., Muntau, H. & Quevauviller, Ph. (2001): The certification of the extractable contents (mass fractions) of Cd, Cr, Cu, Ni, Pb and Zn in freshwater sediment following a sequential extraction procedure – BCR 701. Zertifizierungsbericht EUR 19775, 82pp., Europäische Kommission, Brüssel.

Wagner, B., Beer, A., Bitzer, F., Brose, D., Brückner, L., Budziak, D., Clos, P., Fritsche, H.G., Hörmann, U., Hübschmann, M., Moosmann, L., Nommensen, B., Panteleit, B., Peters, A., Prestel, R., Schuster, H., Schwerdtfeger, B., Walter, T. & Wolter, R. (2014): Erläuterung zum Web Map Service (WMS) "Hintergrundwerte Grundwasser". 26pp., Hof.