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Polyzyklische aromatische Kohlenwasserstoffe aus diffusen Quellen

Diffuse input of polycyclic aromatic hydrocarbons: Atmospheric deposition and enrichment in soils of rural areas

Atmosphärische Deposition und Anreicherung in Böden des ländlichen Raums

  • The Erratum to this article has been published in Umweltwissenschaften und Schadstoff-Forschung 2005 17:200

Zusammenfassung

Ziel und Absicht

Durch atmosphärische Deposition gelangen polyzyklische aromatische Kohlenwasserstoffe (PAK) auch in industriefernen Regionen in Böden und Sedimente. Als persistente organische Verbindungen (POP) können sie dort akkumulieren. Ähnliche PAK-Verteilungsmuster der atmosphärischen Deposition, Boden- und Sedimentproben weisen auf einen engen Zusammenhang zwischen dem Eintrag aus der Luft und der Akkumulation dieser Substanzen in terrestrischen Ökosystemen hin. Ziel dieses Beitrages ist es zum einen, die aktuellen Boden-Hintergrundkonzentrationen im ländlichen Raum auf die atmosphärische Deposition zu beziehen. Des weiteren wird mit einem einfachen Schätzverfahren ermittelt, wann mit Überschreitungen der Vorsorgewerte nach Bundes-Bodenschutz- und Altlastenverordnung (BBodSchV) im ländlichen Raum zu rechnen ist. Dies wird im Kontext der aktuellen Umweltgesetzgebung diskutiert.

Methoden

Die aktuelle Bodenbelastung (Hintergrund) kann durch die Rekonstruktion der historischen Deposition im Zeitalter der Industrialisierung mittels Sedimentkernen nachvollzogen werden. Auf der Grundlage solcher Untersuchungen werden Anreicherungsfaktoren für PAK ermittelt. Diese werden anhand von aktuellen Bodenhintergrundwerten sowie aktuellen Depositionsraten validiert. Andererseits kann durch Bezug der bereits vorhandenen PAK-Vorräte im Boden und der aktuellen Depositionsrate die Zeit bis zum Erreichen der Vorsorgewerte abgeschätzt werden.

Ergebnisse und Schlussfolgerungen

Der diffuse Eintrag von PAK ist seit 1960 zwar um den Faktor 2–3 zurückgegangen, bleibt aber gegenüber dem ‚natürlichen’ Hintergrund (1800) deutlich erhöht, so dass mit einem weiteren Anstieg der PAK-Konzentrationen in den Böden zu rechnen ist. Durch Benutzung der Anreicherungsfaktoren und aktueller Depositionsraten werden die Mediane der Boden-Hintergrundwerte erreicht. Die Vorsorgewerte der BBodSchV werden bei gleichbleibender Depositionsrate in ca. 300 Jahren erreicht.

Ausblick

Unsicherheiten bestehen in erster Linie bezüglich der zukünftigen Entwicklung der Depositionsraten. Darüber hinaus fehlen längere Zeitreihen zur atmosphärischen Deposition von POP, die mit validierten Verfahren erhoben wurden. Eine entsprechende DIN liegt seit kurzer Zeit vor (DIN 19739). Durch den Einsatz von Depositionsmessstellen auf Boden-Dauerbeobachtungsflächen kann die zukünftige Entwicklung der Depositionsraten verfolgt werden. Durch die Verknüpfung mit der entsprechenden Bodenanalytik könnte ein Frühwarnsystem für das rechtzeitige Erkennen flächenhafter schädlicher Bodenveränderungen durch atmosphärische Deposition von POP etabliert werden.

Abstract

Goal and Scope

Polycyclic aromatic hydrocarbons (PAHs) are one group of persistent organic pollutants which are ubiquitous distributed in soils, even in rural areas. After their release into the atmosphere, transportation and deposition, they tend to accumulate in topsoils and sediments. Similar distribution pattern of PAHs in atmospheric deposition, soil samples as well as sediment samples indicate a close relationship between atmospheric input and accumulation of PAHs in the terrestrial environment. The intention of this paper was to estimate the time when precautionary values of the German law of soil protection will be exceeded in rural areas. Furthermore, current soil concentrations will be linked to the historical record of PAHs by means of enrichment factors.

Methods

The historical record of the atmospheric deposition rates of PAHs can be obtained from investigation of sediment cores. Based thereon, enrichment factors of PAHs in the environment were calculated. With these enrichment factors it was possible to estimate the recent PAH concentration in soils in rural areas from currently measured annual deposition rates. Furthermore, concentrations of PAHs in soils and deposition rates can be used to calculate the time when precautionary values will be reached.

Results and Conclusion

PAH deposition rates have been decreasing since about 1960 by a factor of 2–3, but stabilized during the last decade on a level high above pre-industrial time. Thus, further enrichment of PAH in topsoils has to be expected. Actual deposition rates in connection with historical enrichment factors allow to determine the median concentrations of PAHs in rural soils. The time when precautionary values will be reached was calculated to about 300 Years.

Outlook

The database to predict the further development of atmospheric deposition rates is very weak. There was a lack of validated methods concerning direct measurements of atmospheric POP deposition. Meanwhile, a national draft of a standard base on time-integrated passive sampling exists. This method can be implemented to establish a combined soil and deposition-monitoring program in order to assess the risk of further accumulation of POPs in soils.

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Correspondence to Tilman Gocht.

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OnlineFirst: 17. März 2004

Ein Erratum zu diesem Beitrag ist unter http://dx.doi.org/10.1007/BF03039576 zu finden.

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Gocht, T., Grathwohl, P. Polyzyklische aromatische Kohlenwasserstoffe aus diffusen Quellen. UWSF - Z Umweltchem Ökotox 16, 245–254 (2004). https://doi.org/10.1065/uwsf2004.03.079

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Schlagwörter

  • Akkumulation, POPs
  • Anreicherungsfaktoren, PAK
  • atmosphärische Deposition, PAK
  • Bodenbelastung, PAK
  • diffuser Eintrag, PAK
  • persistente organische Umweltschadschadstoffe (POPs)
  • polyzyklische aromatische Kohlenwasserstoffe (PAK)
  • Senken, PAK
  • Bundes Bodenschutzgesetz (BBodSchG)
  • Vorsorgewerte

Keywords

  • Accumulation, POP
  • atmospheric deposition, PAHs
  • diffuse pollution, PAHs
  • enrichment factors, PAHs
  • persistent organic pollutants (POP)
  • polycyclic aromatic hydrocarbons (PAHs)
  • sinks, PAH
  • soil concentration, PAH
  • German Soil Protection Act (BBodSchG)
  • precautionary values