Kurze Originalmitteilungen

Schwermetalle in Sedimenten des staugeregelten Neckars Ver~inderungen seit 1974

German Miiller

Institut ftir Sedimentforschung der Universitfit, D-6900 Heidelberg

1972 wurde in dieser Zeitschrift fiber die generell hohe Schwermetall-Belastung der Sedimente gr6gerer Fliisse im Bereich der Bundesrepublik Deutschalnd berichtet und insbesondere auf extreme Cadmium-Ge- halte im Schlamm des mittleren und unteren Neckars hingewiesen [1]. Durch detaillierte Untersuchung von Sediment, Wasser und Fischen [2 -5 ] konnte ein Her- steller von Farbpigmenten in Besigheim, dessen Abw~isser in die Enz unmittelbar vor deren Einmtindung in den Neckar ein- geleitet worden waren, als Hauptverursa- cher der Cadmium-Belastung ermittelt werden. Auch Chrom und Zink waren stark in den Neckar-Sedimenten angerei- chert. W/ihrend fiir Chrom vor allem punktffrmige Emittenten (Lederindustrie) im Einzugsbereich der Murr infrage ka- men, wurde ftir Zink eine iiberm/iBig hohe Belastung des Neckars durch kommunale Abwfisser im GroBraum Stuttgart ange- nommen. Im Oktober 1974 - eineinhalb Jahre nach dem Einsatz einer verbesserten Aufberei- tungsanlage in dem Cadmium-verarbeiten- den Betrieb - waren zwar die Cadmium- Konzentrationen in den Sedimenten unter- halb der Enzmfindung betr/ichtlich zu- riickgegangen, doch fand sich weiter fluB- abw/irts ein erneuter Anstieg des Cad- mium-Gehaltes, der durch Umlagerung yon stark mit Cadmium belasteten Sedi- menten gedeutet wurde [6]. Im April 1979 wurden insgesamt 31 Schlammproben aus den Stauhaltungen des 200 km langen staugeregelten Neckarabschnitts zwischen Mannheim und Plochingen entnommen und die Ton- fraktion (<2 gm) der obersten 5 cm Sedi- mentschicht mit Hilfe der Atom-Absorp- tionsspektroskopie auf Schwermetalle untersucht. Da die Probennahmepunkte nahezu iden- tisch mit denen der Probennahme von 1974 waren, bot sich die M6glichkeit, Ver[inde-

rungen in der Schwermetall-Konzentration der Sedimente innerhalb von viereinhalb Jahren (Okt. 1974-Apri l 1979) aufzuzei- gen (Fig. 1, Tabelle 1). Fiir Chrom (nicht dargestellt in Fig. 1) lie- gen yon den 1974 entnommenen Proben 13 Analysen vor [7], 4 aus Sedimenten aus dem Neckar oberhalb und 9 unterhalb der Einmfindung der Murr. 1974 wie 1979 war der Flugabschnitt unterhalb der Einmfindung der Enz etwa doppelt so hoch mit Cadmium belastet wie oberhalb; die Cd-Belastung der Sedimente ist unverfindert. Auch ffir Chrom zeigt in beiden Untersuchungszeitr/iumen der Neckarabschnitt unterhalb der Einmfin- dung der Murr eine deutlich hfhere Bela- stung als oberhalb. Im Gegensatz zu Cad- mium ist jedoch die Chrom-Belastung ge- nerell seit 1974 um ca. ein Viertel zu- r~ckgegangen. Kupfer ist auf die H/ilfte, Zink auf ca. zwei Drittel der Konzentra- tion yon 1974 zuriickgegangen. Quecksil- ber, Nickel und Eisen blieben annfihernd unverfindert. Blei hat gegenfiber 1974 um ein Drittel, Kobalt um fiber die H/ilfte zu- genommen. Bei Mangan liegt die Zunahme bei 40%. Dem Trend einer Abnahme von Schwer- metallkonzentrationen, wohl dem verst~irk- ten Bau kommunaler und betrieblicher Kl~iranlagen zuzuschreiben, steht eine zu- nfichst unverst/indliche Zunahme von Blei, Kobalt und Mangan gegenfiber. Unver- st/indlieh deshalb, weil neben dem Wirk- samwerden zusfitzlicher K1/iranlagen bei Blei auch das Benzin-Blei-Gesetz zu einer Reduktion der Blei-Emission geffihrt haben sollte - eine deutliche Qualitfitsverbesse- rung der Luft ist bereits eingetreten [8] - und bei Kobalt seit 1974 keine neuen An- wendungen bekannt wurden, die zu einer Erhfhung des Kobaltgehaltes geffihrt ha- ben kfnnten. Die Ursache sehen wir in der gleichzeitigen Erh6hung der Mangan-Kon- zentration, die durch die Verbesserung

der Sauerstoffverhfiltnisse im Neckar- Wasser hervorgerufen worden ist: Man- gan-Ionen, die bei niedrigem Sauerstoff- gehalt des Neckarwassers (und einem ent- sprechend niedrigen, nur schwach positiven Redox-Potential) aus der Interstitial-L6- sung des Sediments in das freie Wasser austreten konnten, ohne oxydiert und aus- gef~illt zu werden, werden bei den heute wesentlich h6heren Sauerstoffgehalten (entsprechend einem hfheren Redox-Po- tential) unmittelbar am Sediment-Wasser- Kontakt als Manganoxide ausgef~llt. Es ist bekannt, dab in ozeanischen Mangan- knollen, die unter st/irker oxydierenden Bedingungen gebildet wurden [mineralo- gisch gekennzeichnet durch das Auftreten von Mn(IV)-oxiden], Kobalt und Blei stark angereichert sind [9]. Der Mechanismus der Aufnahme von Ko- balt wird damit erkl/irt, dab Co(II) durch MnO2 zu Co(IV) oxydiert und in die Ok- taederschicht des MnO2 eingebaut wird [10]. Als Voraussetzung ffir die Aufnahme yon Blei war bereits frfiher ein fihnlicher OxydationsprozeB, Pb(II)~Pb(IV), po- stuliert worden [11, 12], der erst kfirzlich experimentell bestfitigt wurde [13]. Der direkte Nachweis von Mn(IV)-oxiden im Sediment des Neckars kann wegen der geringen Mn-Konzentration nicht erbracht werden. Nach Untersuchungen von Potter und Rossmann [14] an Mangan-Verbin- dungen in FluBablagerungen ist Birnessit, (Na,Ca,K)MnvO14.3H20, das vorherr- schende Mangan(IV)-oxid, was die An- nahme erlaubt, dab auch im Neckar-Sedi- ment Mn(IV)-oxide auftreten, bei deren Bildung Blei und Kobalt aus dem Neckar- wasser in die Oxidstruktur aufgenommen wurden. Der im Vergleich zu 1974 noch unvermin- dert hohe Cadmium-Gehalt der Sedimente unterhalb der Enzmfindung deutet darauf hin, dab in den Stauhaltungen noch grf- 13ere Mengen von stark mit Cadmium bela- steten Schlfimmen aus der Zeit vor 1972 lagern [15], die bei Hochwfissern dem Neckar-Schwebgut zugeffihrt werden und dem R/ickgang der Cadmium-Belastung der Neckar-Sedimente entgegenwirken. Insgesamt zeigen die jetzigen Schwerme- tallverhfiltnisse in den Neckar-Sedimenten eine wesentliche Verbesserung der Gewfis- serqualitfit seit 1974.

308 Naturwissenschaften 67 (1980) �9 by Springer-Verlag 1980

i 1 1974

5 10 15 20 2S 3 0 a s ppm

1979

Pb

~1=.. 1974

& t+. . , , ~ m

Zn

500 1000 15'00 m

Cu

1974

100 L~OO 300 400 500 600 700 prom

Ni

lOO 1so ppm

1 9 7 9

H g

1974

�9 unterhalb } Einmandung , ,ENZ ,,

[ ] = oburhalb

ols l:S 2's s p.m

1974

, r 5 lO 15 20 2'5 30

l g 7 4

500 1000 1500

Co

3; p~m

Mn

Fig. 1. H/iufigkeitsverteilung der Schwermetall-Konzentrationen in der Tonfraktion yon Sedimenten im Bereich des staugeregelten Neckars, 1974 (nach [6]) und 1979

Tabelle 1. Zeitliche Anderung der Schwermetallgehalte (in ppm, f/ir Fe in %) in der Tonfraktion der Sedimente im Bereich des staugeregelten Neckars. Angaben fiir 1974 nach [6], fiir Cr nach [7]

Fe Mn Cd Zn Pb

I974 i979 1974 1979 1974 1979 1974 1979 1974 1979

Plochingen bis Enzmtindung b 3,50 3,11 426 Enzmfindung bis Rhein b 3,31 3,17 622

Gesamt 3,39 3,14 534

VerS, nderung gegenfiber 1974 [%] - 7,3

593 6,8 6,3 1087 674 104 131 874 13,0 13,6 a 1068 717 117 161

(19,1) 747 10,2 10,2 a 1077 698 111 147

(13,3)

+39,9 __+0 -35,2 +32,4

Cu Ni Co Hg Cr

1974 I979 1974 1979 1974 1979 1974 1979 1974 1979

Plochingen bis Enzmfindung b 334 153 84 82 Enzm~ndung bis Rhein b 342 178 87 87 Gesamt 338 167 86 85

Verfinderung gegen/iber 1974 [%] -50,6 - 1,3

16 25 0,94 0,83 378 250 16 26 0,99 0,98 691 518 16 25 0,97 0,91 571 430

+56,1 -6 ,2 -24,7

a Durchschnittswert ohne Probe 13 (Kochendor0, in Klammern mit Probe 13 b Ffir Cr : Murr-Mfindung

Die Untersuchungen wurden vom Ministe- riutn ftir Ernfihrung, Landwirtschaft und Umwelt yon Baden-Wfir t temberg finan- ziell untersttitzt. Die Analysen wurden von Frau I. Krfill durchgeffihrt, die Graph ik fertige U. K/istner an.

Eingegangen am 5. MS, rz 1980

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