Geoökologisches Kolloquium SS 2008

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Dr. Andreas Voegelein
Institut of Biogeochemistry and Pollutant Dynamics, ETH Zürich
Thursday, 19.06.2008 16:15 H 6

Schadstoffverhalten in Auenböden unter variablen Redoxbedingungen - Kolloidbildung und Rhizosphärenprozesse

Auenböden bilden den Übergang zwischen terrestrischen Landoberflächen, Fliessgewässern und Grundwasser und spielen somit eine wichtige Rolle für den Transfer von Nähr- und Schadstoffen zwischen diesen Ökosystemen. Infolge periodischer Überflutung variieren die Redoxbedingungen in Auenböden stark, was auch Konsequenzen für die Mobilität von Schadstoffen haben kann. Ziel laufender Arbeiten im Fachbereich Bodenchemie der ETH Zürich ist es, ausgewählte Prozesse besser zu verstehen, die für die Mobilität von Schwermetallen und Arsen in kontaminierten Auenböden relevant sind. In diesem Vortrag werden zwei Studien zu unterschiedlichen Aspekten des Schadstoffverhaltens in Auenböden vorgestellt, bei deren Untersuchung unterschiedliche methodische Ansätze zur Anwendung gelangten. Die Arbeiten wurden an einem stark kontaminierten Boden aus der Muldeaue (Bitterfeld, Sachsen-Anhalt) durchgeführt.
Die erste Arbeit befasst sich mit der Bildung von Kolloiden in der Bodenlösung während eines Überflutungsereignisses und deren Relevanz für die Mobilität von Schwermetallen. In Mikrokosmen im Labor wurde kontaminierter Auenboden überflutet und inkubiert. Veränderungen im Porenwasser, der Kolloidzusammensetzung sowie der Speziierung der Schadstoffe in der Bodenmatrix wurden über 7 Wochen beobachtet. Dabei wurden neben nasschemischen Analysemethoden auch Transmissions-Elektronenmikroskopie (TEM) und Röntgenabsorptionsspektroskopie (XAS) eingesetzt. Die Ergebnisse zeigen, dass die Bildung von Metallsulfid-Kolloiden unter reduzierenden Bedingungen zu einem markanten Anstieg der Konzentrationen von Kupfer, Blei und Cadmium in der Bodenlösung führen kann.
Die zweite Untersuchung betrifft die Verteilung von Schwermetallen und Arsen im durchwurzelten Boden und ihre chemische Speziierung auf der Mikrometerskala. Selbst wenn im überfluteten Boden reduzierende Bedingungen vorherrschen, können Pflanzen ihren Wurzelraum oxidiert halten. Dieser Redox-Gradient führt zur Anreicherung von Eisenoxiden im Wurzelraum. Mikrospektroskopische Messungen an Bodendünnschliffen zeigen, dass auch Arsen zu einem wesentlichen Teil in der oxidierten Rhizosphäre angereichert wird, hauptsächlich als an amorphe Eisenoxide sorbiertes Arsenat. Durch die Oxidation der Rhizosphäre können Pflanzen damit die Auswaschung des mobileren Arsenits aus dem überfluteten Boden verringern.

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