EINLEITUNG
Auen stellen eine besondere Art von Ökosystemtyp dar. Sie stehen in ständigem stofflichen Austausch mit ihrer Umgebung, da sie über ein sehr effizientes Transportsystem, nämlich Wasser, verfügen. Wasser vermag Stoffe in sowohl fester als auch gelöster Form in alle Raumrichtungen zu verteilen. Es sorgt also nicht nur für einen longitudinalen Stofftransport, sondern auch quer der Fließrichtung für Austauschprozesse in die Aue hinein und von dort aus wieder zurück in den Fluss. Ähnliche Austauschvorgänge laufen über das Grundwasser in den Sedimenten des Untergrundes ab. Außerdem stehen Grund- und Oberflächenwasser in enger Verbindung zueinander. Im Laufe der Zeit betrachtet, variieren diese Transportprozesse stark in ihrem Ausmaß. Darüber hinaus kann sich auch die Transportrichtung ändern. Abflussschwankungen etwa können dazu führen, dass der Grundwasserstrom in umgekehrter Richtung vom Fluss weg in die Aue hinein verläuft. Dies kann beispielsweise bei längeren Hochwassern passieren. Durch einen zeitlich wechselnden Anteil der transportierten Stoffe kommt es zur Ablagerung in der Flussaue. Hochwasserquellen sind hierbei in erster Linie für die Ab- und Umlagerungen verantwortlich. Bodenbildung und Pflanzenwachstum werden von den abgelagerten Stoffen beeinflusst. Insbesondere giftige Stoffe sind von Interesse, da sie auf diesem Wege auch in die Nahrungskette gelangen können. Die Kenntnis über deren Verteilung im Bodenprofil, Konzentration, Mobilität und Pflanzenverfügbarkeit sowie bevorzugte Sedimentationszonen innerhalb der Aue lassen wesentliche Rückschlüsse auf anthropogen verursachte Belastungen und damit auch des gesamten Einzugsgebietes zu. Zur Zeit wird geprüft, wie beispielsweise durch Rückdeichungsmaßnahmen der Anteil naturnaher Auen erhöht werden kann (Neuschulz,1999). Die Auswirkungen der teilweise gravierenden hydrologischen Veränderungen, sowie des geänderten Nähr- und Schadstoffeintrags konnten bislang noch nicht abschließend beurteilt werden (Miehlich, 2000). Industrielle und kommunale Einleitungen in die Flüsse können zu erheblichen Schadstoffeinträgen führen. Schwermetallanreicherungen in den Aueböden (und somit der Vegetation) bewirken in den entsprechenden Gebieten aufgrund der Kontamination eine Gefährdung des gesamten Ökosystems. Daher ist es notwendig, die von den kontaminierten Böden für die Ökosysteme ausgehende Gefährdung einzuschätzen, um rechtzeitig Gegenmaßnahmen ergreifen zu können...
Inhalt
1 Einleitung
1.1 Definition von Auen
2 Auenböden
2.1 Bodenbildung in Auen
2.1.1 Ausgangsgesteine
2.1.2 Relief
2.1.3 Klima
2.1.4 Organismen
2.1.5 Zeit
2.1.6 Anthropogen bedingte Einflüsse
3 Schwermetalle in Aueböden
3.1 Bodenparameter als Indikatoren
3.2 Messmethoden
4 Auenkontamination durch den Bergbau
4.1 Sedimentbelastung durch Blei in der Erftaue bei Kerpen
4.2 Die historische Entwicklung des Erzbergbaus im Raum Mechernich
4.3 Analysen und Resultate
4.3.1 Schlussfolgerung
5. Literatur
Abbildungsverzeichnis
Abb. 1 Bodentypen der Auenböden
Abb. 2 Unterteilung der holozänen Flussablagerungen
Abb. 3 Schwermetallbelastung der Pflanzen
Abb. 4 Ökotoxologie der Schwermetalle in Auenböden
Abb. 5 Das Flusssystem Bleibach-Rotbach-Erft
Abb. 6 Zeitliches Belastungsdiagramm durch den Bleibergbau
Abb. 7 Lage der Profile im Untersuchungsgebiet
1 Einleitung
Auen stellen eine besondere Art von Ökosystemtyp dar. Sie stehen in ständigem stofflichen Austausch mit ihrer Umgebung, da sie über ein sehr effizientes Transportsystem, nämlich Wasser, verfügen. Wasser vermag Stoffe in sowohl fester als auch gelöster Form in alle Raumrichtungen zu verteilen. Es sorgt also nicht nur für einen longitudinalen Stofftransport, sondern auch quer der Fließrichtung für Austauschprozesse in die Aue hinein und von dort aus wieder zurück in den Fluss.
Ähnliche Austauschvorgänge laufen über das Grundwasser in den Sedimenten des Untergrundes ab. Außerdem stehen Grund- und Oberflächenwasser in enger Verbindung zueinander. Im Laufe der Zeit betrachtet, variieren diese Transportprozesse stark in ihrem Ausmaß. Darüber hinaus kann sich auch die Transportrichtung ändern. Abflussschwankungen etwa können dazu führen, dass der Grundwasserstrom in umgekehrter Richtung vom Fluss weg in die Aue hinein verläuft. Dies kann beispielsweise bei längeren Hochwassern passieren. Durch einen zeitlich wechselnden Anteil der transportierten Stoffe kommt es zur Ablagerung in der Flussaue. Hochwasserquellen sind hierbei in erster Linie für die Ab- und Umlagerungen verantwortlich. Bodenbildung und Pflanzenwachstum werden von den abgelagerten Stoffen beeinflusst. Insbesondere giftige Stoffe sind von Interesse, da sie auf diesem Wege auch in die Nahrungskette gelangen können. Die Kenntnis über deren Verteilung im Bodenprofil, Konzentration, Mobilität und Pflanzenverfügbarkeit sowie bevorzugte Sedimentationszonen innerhalb der Aue lassen wesentliche Rückschlüsse auf anthropogen verursachte Belastungen und damit auch des gesamten Einzugsgebietes zu. Zur Zeit wird geprüft, wie beispielsweise durch Rückdeichungsmaßnahmen der Anteil naturnaher Auen erhöht werden kann (Neuschulz,1999). Die Auswirkungen der teilweise gravierenden hydrologischen Veränderungen, sowie des geänderten Nähr- und Schadstoffeintrags konnten bislang noch nicht abschließend beurteilt werden (Miehlich, 2000).
Industrielle und kommunale Einleitungen in die Flüsse können zu erheblichen Schadstoffeinträgen führen. Schwermetallanreicherungen in den Aueböden (und somit der Vegetation) bewirken in den entsprechenden Gebieten aufgrund der Kontamination eine Gefährdung des gesamten Ökosystems. Daher ist es notwendig, die von den
kontaminierten Böden für die Ökosysteme ausgehende Gefährdung einzuschätzen, um rechtzeitig Gegenmaßnahmen ergreifen zu können.
Seit dem Beginn des Bergbaus gelangen Schwermetalle über den Abraum als kontaminierte Sedimente, besonders bei Regen, verbunden mit hoher Wasser- und Sedimentführung, in die Vorflut. So kommt es zu Ablagerungsprozessen kontaminierter Sedimente. Die Bestimmung von Schwermetallgehalten in den holozänen Sedimenten, lassen Aussagen über Aufbau und Alter der Auensedimente zu (Pfeffer 1989, 285).
Mittlerweile sind verschiedene Bewertungsmethoden zur Voraussage über die Gefahrenpotenziale von Schwermetallen in Böden entwickelt worden. Gerade die Häufigkeit großer Hochwasserereignisse in der heutigen Zeit und der damit einhergehende Schwermetalleintrag in die Aueböden erfordert eine Untersuchung der Auen und eine Bewertung der Gefahrenpotenziale (Brück 1996, 27).
1.1 Definition von Auen
Die Aue ist der tiefste Bereich eines Tales der bei Hochwasser von Süßwasser überflutet wird (ohne Berücksichtigung von Deichen). Die Flussaue ist ein Produkt des Holozäns und wurde durch die Schmelzwässer der vergangenen Eiszeit aus der Niederterrasse herauspräpariert. Man findet in der Flussaue daher kein Löss, sondern ausschließlich fluviale feinkörnige Sedimente. In Flussauen findet man bestimmt Böden z.B. den Auelehm. Sie ist durch den hohen Grundwasserstand und durch die regelmäßige Überflutung sehr feucht. Auen gelten als gute Siedlungsräume, da sie eben sind und dadurch für die Erschließung und Bebauung besonders gut geeignet ist. Nach der Rodung des Auwaldes wurden Auen meist nur als Weide genutzt, da der Boden für die ackerbauliche Nutzung zu feucht war. Mit der Begradigung von Flussläufen, durch Deiche und durch Drainagen, kommt es in Auen heute selten zu Überflutungen und man nutzt sie als fruchtbares Ackerland und als Verkehrsleitlinien. Der Raum wurde in den vergangenen Jahrhunderten stark verändert und der menschlichen Nutzung angepasst. Durch Eindeichungen und Ausbau der Flüsse wurden sie auf einen Bruchteil ihres ursprünglichen Verbreitungsgebietes zurückgedrängt. Auen sind heute ein außerordentlich wichtiger und vielfältig genutzter Raum für den Menschen und seine Tätigkeiten. Daher erklärt sich auch die Häufigkeit von alten Ortsnamen auf –au. Durch die Hochwasserereignisse Rhein, Oder, Donau und Elbe wurde die Erkenntnis gewonnen, dass die Auen zum Gewässer gehören und einen natürlichen Retentionsraum bilden. Seitdem sollen die Siedlungsbereiche die Überschwemmungsgebiete nicht weiter einengen. Die Böden der Auen weisen standorttypische Besonderheiten auf. Naturnahe Auen beherbergen darüber hinaus eine Vielzahl charakteristischer Tier- und Pflanzengemeinschaften (Miehlich, 2000).
2 Auenböden
Rechnet man die Niedermoore nicht hinzu, so sind etwa 6,8% der Fläche von Deutschland Auen. Inbegriffen sind ca. 10,4%, von denen ein geringer Anteil Überflutungsfläche ist. Es gibt 5 Bodentypen, die zur Klasse der Aueböden zählen (s. Abb. 1) (Miehlich 2000, 5ff.):
Ein wichtiger Bodentyp sind Gleye. Das Erscheinungsbild von Gleyen im Profil ist von hydromorphen Merkmalen, den Auswirkungen des hochstehenden Grundwassers, gekennzeichnet. Gleye haben eine Norm-Horizontabfolge Ah/Go/Gr. Der Go-Horizont ist hierbei im Schwankungsbereich des Grundwassers entstanden und beginnt 40 cm unter der Geländeoberfläche. Durch die Schwankungen des Grundwasserspiegels und den damit verbundenen Wechsel von Wassersättigung und teilweise Austrocknung kommt es zu eisen- und Manganausfällungen in Form bräunlicher oder schwarzer unverfestigter Flecken oder fester Konkretionen. Diese müssen im Go-Horizont mindestens 10% einnehmen. Der Gr-Horizont liegt mehr als 300 Tage im Jahr im Grundwasser. Es treten ausserdem 2 Subtypen des Gleys auf, die sich von den Auenböden dadurch unterscheiden, dass hydromorphe Horizonte bereits 40 cm unterhalb der Bodenoberfläche beginnen. Ihre Ausbildung wird durch Eindeichungen und Entwässerung des Oberbodens gefördert (Van der Veen, A. & Zachmann, D.W., 2000).
Abb. 1 Bodentypen der Auenböden (nach Miehlich 2000, 12)
Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten
2.1 Bodenbildung in Auen
Die Faktoren der Bodenbildung sind Ausgangsgestein, Relief, Klima, Organismen und Zeit. Auf alle diese Faktoren wirken Bäche und Flüsse durch Stoffeintrag ein. Diese Einflüsse sind so intensiv, dass sich Auen erheblich von den Böden anderer Landschaftsformen unterscheiden. Dies betrifft sowohl ihre Eigenschaften als auch ihre Verbreitungsmuster. Zudem beeinflusst der Mensch seit dem Neolithikum die Böden der Auen. Und zwar sowohl indirekt über Eingriffe in die Einzugsgebiete als auch direkt (Miehlich 2000, 6).
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