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Zusammenfassung:
Schwermetalle und Arsen werden häufig in Auenbereichen oder Flussstauungen akkumuliert. Große Anteile der vorliegenden Schwermetallmengen werden dabei in Mineralen gebunden oder an den Oberflächen von Bodenpartikeln sorbiert, so dass nur die gelösten oder leicht löslichen Schwermetallanteile in die Nahrungskette gelangen können. Da Redoxreaktionen die Bindung von Schwermetallen in Böden oder Sedimenten beeinflussen, unterliegen die Mengenverhältnisse gelöster Schwermetalle Variationen mit Änderungen von Grundwasserständen und Feuchteverhältnissen. Umfang und Folgen der Redoxänderungen stehen dabei in Zusammenhang mit Dauer, Frequenz und Intensität der wechselnden Durchfeuchtung, sowie den spezifischen Eigenschaften der betroffenen Substrate. Grund- und Oberflächenwässer variieren in ihren Wasserständen jahreszeitlich oder als Folge von Hoch- und Niedrigwasserereignissen. Entsprechend plausibel erscheint die Annahme, dass gelöste Schwermetallanteile durch zukünftige Änderungen von Feuchteverhältnissen modifiziert werden können. Zudem werden die Variationen der Abflussverhältnisse von Fließgewässern und der daran gekoppelten Grundwasserstände durch anthropogene Eingriffe verändert. Um vorliegende Konzentrationen und das Mobilitätsverhalten von gelösten Schwermetallen (As, Cd, Cr, Cu, Fe, Mn, Ni, Pb, Zn) während saisonal und periodisch variierenden Wasserstands- und Durchfeuchtungsänderungen zu analysieren, wurden Auenböden des unteren Lahntals während einer 2-jährigen Feldkampagne untersucht. Dies wurde an Böden durchgeführt, die ober- und unterhalb von Staustufen und Wehranlagen gelegen sind und somit verschiedenartige Frequenzen und Amplituden von Wasserstandsänderungen erwarten ließen. Neben Feuchteverhältnissen und gelösten Schwermetallanteilen wurden wichtige Parameter der Schwermetallmobilität erhoben. Die Böden unterhalb von Wehranlagen zeigten eine größere Beeinflussung durch variierende (Grund-)Wasserstände und höhere Amplituden des Redoxpotentials in größeren Bodentiefen. Ein flussaufwärts der Stauanlagen gelegenes Profil verfügte hingegen über einen relativ ausgeglichenen Grundwasserspiegel, der vergleichsweise geringere Gehaltsänderungen gelöster Schwermetallanteile in größeren Bodentiefen und einen höheren über Kapillarwässer erfolgenden Schwermetalleintrag in mittlere Profilbereiche bewirkte. Ein Boden in größerer Distanz zum Gerinne der Lahn zeigte eine weitaus geringere Reaktion auf Änderungen von Fluss- und Grundwasserständen. Die Beeinflussung der in Porenwässern gelösten Schwermetallmengen durch zukünftige Klimaänderungen wird als sehr geringfügig eingeschätzt. Anthropogen bewirkte Wasserstandsänderungen und ihr Einfluss auf gelöste Schwermetallanteile in Interstitial- und Oberflächenwässern wurden an drei Talsperren untersucht. Hierbei wurden Analysen während und kurz nach einer vollständigen Staukörperentleerung (Aartalsperre, TS Driedorf) durchgeführt, während die dritte Talsperre (TS Klingenberg) ca. 1,5 Jahre nach dem Herunterfahren des Wasserspiegels untersucht wurde. Aufgrund ihrer hohen Wasserhaltekapazität setzten Bindungsänderungen im Bereich der Seesedimente erst nach längeren Freilegungsdauern ein, während die abfließenden Oberflächenwässer sprunghafte und kurzzeitige Konzentrationszunahmen zahlreicher gelöster Schwermetalle kurz nach der Entleerung aufzeigten.

Bibliographie / References

1. SITTE, J.; AKOB, D.M.; KAUFMANN, C.; FINSTER, K., BANERJEE, D.; BURKHARDT, E.M.; KOSTKA, J.E.; SCHEINOBST, A.C.; BÜCHEL, G. & K. KÜSEL (2010): Microbial links between sulfate reduction and metal retention in uranium-and heavy metal- contaminated soil. In: Applied and Environmental Microbiology 76, S.3143-3152.
2. SAENGER, N. (2001): Austauschprozesse zwischen Fließgewässer und hyporheischer Zone. In: Wasser & Boden 53/5, S.11-18.
3. MIDDELKOOP, H. (2000): Heavy-metal pollution of the river Rhine and Meuse floodplains in the Netherlands. In: Geologie en Mijnbouw–Netherlands Journal of Geosciences 79, S.411-427.
4. KRÜGER, F. & A. GRÖNGRÖFT (2004): The difficult assessment of heavy metal contamination of soils and plants in Elbe river floodplains. In: Acta hydrochimica et hydrobiologica 31, S.436-443.
5. KRÜGER, F.; MEISSNER, R.; GRÖNGRÖFT, A. UND K. GRUNEWALD (2005): Flood induced Heavy Metal and Arsenic Contamination of Elbe River Floodplain Soils. In: Acta hydrochimica et hydrobiologica 33, S.455-465.
6. ROTHWELL, J.J.; EVANS, M.G. & T.E. ALLOTT (2006): Sediment-Water interactions in an eroded and heavy metal contaminated peatland catchment, southern Pennies, UK.
7. SCHWARTZ, R.; SCHMIDT, B. & G. MIEHLICH (1998): Einfluss einer Hochwasserwelle auf den Wassergehalt und das Redoxpotential von Auenböden an der Mittelelbe. In: GELLER et al. (Hrsg.): 8. Magdeburger Gewässerschutzseminar – Gewässerschutz im Einzugsgebiet der Elbe. Stuttgart, S.257-258.
8. MATSCHULLAT, J.; KRITZER, P. & W. MAENHAUT (1995): Geochemical Fuxes in Forested Acidified Catchments. In: Water, Air and Soil Pollution 85, S.859-864.
9. MÜLLER, G.& U. FÖRSTNER (1976): Schwermetalle in den Sedimenten der Elbe bei Stade: Veränderungen seit 1973. In: Naturwissenschaften 63, S.242.
10. MÜLLER, G. & U. FÖRSTNER (1975): Heavy metals in Sediments of the Rhine and Elbe: Estuaries Mobilization or Mixing Effect? In: Environmental Geology 1, S.33-39.
11. MÜLLER, J.; RUPPERT, H.; MURAMATSU, Y. & J. SCHNEIDER (2000): Reservoir sediments– a witness of mining and industrial development (Malter reservoir, eastern Erzgebirge, Germany). In: Environmental Geology 39, S.1341-1351.
12. SAEKI, K., OKAZAKI, M. & S. MATSUMOTO (1993): The chemical phase changes of heavy metals with drying and oxidation of the lake sediments. In: Water Research 27, Nr.7, S.1243-1251.
13. MATSCHULLAT, J.; HEINRICHS, H. & J. SCHNEIDER (1989): Sources and behaviour of pollutants in several catchments in the western Harz Mountains, F.R.G. In: Science of the Total Environment 87/88, S.105-116.
14. SPEELMANS, M.; LOCK, K.; VANTHUYNE. D.R.; HENDRICKX, F.; DU LAING, G.; TACK, F.M. & C.R. JANSSEN (2009): Hydrological regime and salinity alter the bioavailabitity of Cu and Zn in Wetlands. In: Environmental Pollution 158, S.1870-1875.
15. MARTIN, C.W. (2004): Heavy metal storage in near channel sediments of the Lahn river, Germany. In: Geomorphology 61, S.275-285.
16. Hintergrundwerte für anorganische und organische Stoffe in Böden. 3. Aufl.; Online MARTIN, C.W. (2000): Heavy metal trends in floodplain sediments and valley fill, Lahn river, Germany. In: Catena 39, S.53-68.
17. MASSCHELEYN, P.H.; PARDUE, J.H.; DELAUNE, R.D. & W.H. PATRICK (1992): Chromium redox chemistry in a lower Mississippi valley bottomland hardwood wetland. In: Environmental Science and Technology 26, S.1217-1226.
18. SCHULZ-ZUNKEL, C. & F. KRÜGER (2009): Trace Metal Dynamics in Floodplain Soils of the River Elbe: A Review. In: Journal of Environmental Quality 38, S.1349-1362.
19. SPEELMANS, M.; VANTHUYNE. D.R.; LOCK, K.; HENDRICKX, F.; DU LAING, G.; TACK, F.M. & C.R. JANSSEN (2007): Influence of flooding, salinity and inundation time on the bioavailability of metals in wetlands. In: Science of the Total Environment 380, S.144- 153.
20. MÜLLER-BENEDICT, V. (2011): Grundkurs Statistik in den Sozialwissenschaften. 5.
21. MARTIN, C.W. (2009): Recent changes in heavy metal storage in flood-plain soils of the Lahn river, central Germany. In: Environmental Geology 58, S.803-814.
22. Zn K ,451 -,182 -,394 ,363 -,657 * -,692 ** ,824 ** ,842 ** ,873 ** ,916 ** ,818 ** ,877 ** ,938 ** ,710 ** N 14 12 10 13 14 14 14 14 14 14 14 14
23. SCHALCH, F. (1887): Erläuterungen zur geologischen Specialkarte des Königreichs Literatur 221
24. SCHÖNE, K. & B. ANDREAS (Bearb.) (2007): Talsperren in Sachsen. Pirna, 232 S.
25. MÜLLER, G. & U. FÖRSTNER (1973): Anorganische Schadstoffe im Neckar. In: Ruperto Carola 51, S.67-71.
26. SMEDLEY, P. I. & D.G. KINNIGURGH (2002): A rewiev of the source, behavior and distribution of arsenic in natural waters. In: Applied Geochemistry 17, S.517-568.
27. SCHÖNEMANN, N.; MATHEWS, K. & P. HENNEBERG (2008): Böden im Klimawandel – Was tun?! In: UBA (Umwelt Bundesamt) (Hrsg.): UBA-Texte 25/08. Online Dokument, 388
28. MÜLLER, H. (1850): Über das Gneisgebirge um Anaberg. In: Neues Jahrbuch für Mineralogie, Geognosie, Geologie und Petrefaktenkunde, S. 592-596.
29. SABEL, K.-J. & E. FISCHER (1987): Boden-und vegetationsgeographische Untersuchungen im Westerwald. In: Frankfurter Geowissenschaftliche Arbeiten, Serie D, Band 7: 268 S.
30. SCHWARTZ, R. (2001): Die Böden der Elbaue bei Lenzen und ihre möglichen Veränderungen nach Rückdeichung. In: Hamburger Bodenkundliche Arbeiten 48, 391 S.
31. MÜLLER, G. & R. FURRER (1994): Die Belastung der Elbe mit Schwermetallen. Erste Ergebnisse von Sedimentuntersuchungen. In: Naturwissenschaften 81, S.401-405.
32. RUPP, H. & R. MEISSNER (2013): Die Dynamik von Schwermetallen und Arsen in Auenböden–Ergebnisse von kombinierten Feld-und Lysimeterversuchen. In: 15.
33. ROTHE, P. (2005): Die Geologie Deutschlands. Darmstadt, 240 S.
34. KLAUßING, O. (1988): Die Naturräume Hessens. In: Umweltplanung, Arbeits-und Umweltschutz 67, 43 S.
35. MÜLLER, G. (1981): Die Schwermetallbelastung der Sedimente des Neckars und seiner Nebenflüsse: Eine Bestandsaufnahme. In: Chemiker-Zeitung 105, S.157-164.
36. KOSSMAT, F. & R. REINISCH (1916): Geologische Karte von Sachsen (Königreich), Sektion 100 Blatt Dippoldiswalde-Frauenstein 1: 25000; 2. Aufl, Leipzig.
37. SCHMIDT, J.; MICHAEL, A. & M. VON WERNER (1998): Gewässerbelastung durch erosionsbedingte Stoffeinträge (Beispiel TS Saidenbach). In: Abhandlungen der Sächsischen Akademie der Wissenschaften zu Leipzig, Mathematisch- Naturwissenschaftliche Klasse 58, Heft 4, S. 17-32.
38. KNOLLE, F. (1989): Harzbürtige Schwermetallkontaminationen in den Flussgebieten von Oker, Innerste, Leine und Aller. In. Beiträge zur Naturkunde Niedersachsens 42, S.53-60.
39. MEIßNER, D. (2004): Hydrologische Erschließung der Lahn von Gießen bis zur Mündung. In: BUNDESANSTALT FÜR GEWÄSSERKUNDE (Hrsg.): Veranstaltungen 3/2004, S. 15-26. Koblenz.
40. KLOOS, H. (1967): Im Quellgebiet der Aar. Band 1. Niederweidbach, 154 S.
41. KLEINSCHMIDT, O. (2004): Industrien, Dienstleistungsbetriebe und Gewerkschaften im Hohen Westerwald. 3. Aufl.; Koblenz, 77 S.
42. Kein Zusammenhang schwacher Zusammenhang mittlerer Zusammenhang starker Zusammenhang
43. MUFV (MINISTERIUM FÜR UMWELT, FORSTEN UND VERBRAUCHERSCHUTZ RHEINLAND- PFALZ) (Hrsg.) (2007): Klimabericht 2007 Rheinland-Pfalz. Online Dokument, 184 S., abrufbar unter: www.mufv.rlp.de/energie-und-klimaschutz/energie-und- klimaberichte/klimabericht-rheinland-pfalz/; (Stand 7/2012).
44. SCHÖNWIESE, C.D. (2009): Klimawandel in Hessen. In: Marburger Geographische Gesellschaft (Hrsg.): Jahrbuch 2009, Marburg, 216 S.
45. KÖHN, M. (1929): Korngrößenanalyse vermittels Pipettanalyse. Tonindustrie-Zeitung 53, S.729–731.
46. Tabelle 17: Korrelationsmatrix von gelösten Schwermetallgehalten, elektrischer Leitfähigkeit, pH-Wert, Grundwasserflurabstand, Bodenfeuchte, DOC-Gehalten und Bodentemperatur in 5-10 cm Tiefe des Profils " Fb1 " .
47. MARX, S. (1973): Physisch-geographischer Überblick. In: HYDROMETEROLOGICKY USTAV DER CSSR & METEOROLOGISCHER DIENST DER DDR (Hrsg.): Abhandlungen des Meteorologischen Dienstes der Deutschen Demokratischen Republik 104, Bd. 13, Berlin, S.4-7.
48. WENDEL (2002): Potentielle Natürliche Vegetation Sachsens mit Karte 1:200 000;Dresden, 230 S. +Kartenanhang.
49. Tabelle 5: Zeitlicher Verlauf in Tagen von gelösten Schwermetallkonzentrationen, pH-Wert, elektrischer Leitfähigkeit (eL), Redoxpotential (mV) und Bodenfeuchte (Gew.%) nach erreichter Wassersättigung des Topfs " Fr 3 " . 1,25 0,67 3350 34,6 6,7 3,0 4543 15,4 0,51 99,2
50. SCHENK, R. (1995): Schwermetalle in aktuellen Sedimenten der Wupper. In: Deutsche Gewässerkundliche Mitteilungen 4, S.145–152.
51. MÜLLER, G. (1979): Schwermetalle in Sedimenten des Rheins–Veränderungen seit 1971. In: Umschau 79, S.778-783.
52. Sachsen. Section Dippoldiswalde-Frauenstein, Blatt 100. Leipzig, 50 S.
53. MOHR, N. (2013): Sedimentations-und Erosionsneigung belasteter Sedimente im ehemaligen Bergbaugebiet Friedrichssegen. Unveröffentlichte Projektarbeit am FB Geographie der Universität Marburg, 22 S.
54. ROSENBAUM-MERTENS (2003): Sedimente als Schadstoffarchive. Veränderungen im Schwermetalleintrag in die Umwelt seit 1945. Hochauflösende Untersuchungen von Seeablagerungen in Industriezonen und naturbelassenen Bereichen. Dissertation, Universität Duisburg-Essen, 192 S.
55. SALOMONS, W.; DE ROOIJ, N.M.; KERDIJK, H. & J. BRIL (1987): Sediments as source for contaminents? In: Hydrobiologia 149, S.13-30.
56. STAATSBETRIEB GEOBASISINFORMATION UND VERMESSUNG SACHSEN, BUNDESAMT FÜR KARTOGRAPHIE UND GEODÄSIE (2004): Topographische Karte 1:50000 Sachsen. CD- ,103 ,512 ,499 -,020 -,059 ,308 -,297 ,086 N 14 14 14 14 14 14 14 14 14 14 14 14 13
57. SCHEITHAUER, J. (2006): Umweltwandel im Erzgebirge. Eine vergleichende Analyse und Bewertung geoökologischer Prozesse in bewaldeten Einzugsgebieten von Trinkwassertalsperren der oberen Berglagen. In: Beiträge zur Landschaftsforschung 2006, Band 3. Dresden, 253 S.
58. ROSNER, H.J. (1997): Verarbeitung Geographischer Daten. Methodische Bausteine zu Statistik und GIS. In: Kleinere Arbeiten aus dem Geographischen Institut der Universität Tübingen 16, Tübingen, 128 S.
59. Tabelle 1: Zeitlicher Verlauf in Tagen von gelösten Schwermetallkonzentrationen, pH-Wert, elektrischer Leitfähigkeit (eL), Redoxpotential (mV) und Bodenfeuchte (Gew.%) nach erreichter Wassersättigung der Töpfe " Mi1 " und " Mi2 " , (Extremwerte wurden entfernt = n.b.).
60. SEIDEL, H.; MATTUSCH, J.; WENNRICH, R.; MORGENSTERN, P. & J, ONDRUSCHKA (2002): Mobilization of Arsenic and heavy metals from contaminated sediments by changing the environmental conditions. In: Acta Biotechnologica 22, S.153-160.
61. SCHWARTZ, R.; GRÖNGRÖFT, A. & G. MIEHLICH (2003b): Pore water composition as device for the detection of origin and flow direction of soil water in alluvial soils of the Middle-Elbe-River. In: Acta Hydrochimica et Hydrobiologica 31, S.423-435.
62. KLEMM, W.; GREIF, A.; BRÖKERT, J.A.; SIEMENS, V.; JUNGE, F.; VAN DER VEEN, A.; SCHULTZE, M. & A. DUFFEK (2005): A study on arsenic and heavy metals in the Mulde river system. In: Acta hydrochimica et hydrobiologica 33, S.475-491.
63. SCHULZ, M.; BÜTTNER, O.; BABOROWSKI, M.; BÖHME, M.; MATTHIES, M. & W. VON TÜMPLING (2009): A dynamic model to simulate Arsenic, Lead, and Mecury contamination in the terrestrial environment during extreme floods of rivers. In: Clean –Soil, Air, Water 37, S. 209-217.
64. SCHÖNWIESE, C.D. & R. JANOSCHNITZ (2008): Klima-Trendatlas Europa 1901-2000. In: Berichte des Instituts für Atmosphäre und Umwelt der Universität Frankfurt/Main 7, 82 S.
65. KUNTZE, H. & U. HERMS (1986): Bedeutung geogener und pedogener Faktoren für die weitere Belastung mit Schwermetallen. In: Naturwissenschaften 73, S.195-205.
66. MERLE, G.; MOSNIER, D. & J.N. TOURENQ (1994): La vindange de la retenue de Pareloup en 1993: une etape-clef dans la vie du lac. In: Hydroecologie Applique 6, S.427-446.
67. NAYLOR, C.; DAVISON, W.; MOTELICA-HEINO, M.; VAN DEN BERG, G.A. & L.M. VAN DER HEIJDT (2006): Potential kinetic availability of metals in sulfidic freshwater sediments.
68. RUPP, H.; RINKLEBE, J.; BOLZE, S. & R. MEISSNER (2010): A scale-dependend approach to study pollution control processes in wetland soils using three different techniques.
69. MÜLLER, G. (1980a): Anstieg der Schwermetall-Konzentration in Sedimenten der Elbe bei Stade (1975-1980). In: Naturwissenschaften 67, S.560-561.

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