3 Einf ¨ uhrung in das Untersuchungsgebiet
3.3 Geochemischer Hintergrund und nat ¨ urliche Schwermetallgehalte
Der Kontaminationsgrad von Böden definiert sich über die Anreicherung der Schwermetalle gegenüber dem regionalen geochemischen Hintergrundgehalt (Background). Darunter wird der Gehalt an einem Element verstanden, der außer den geogenen Grundgehalten auch ubiquitär auftretende, überwiegend diffus in die Umwelt eingetragene anthropogene Anteile enthält. Der geogene Grundgehalt ergibt sich aus dem Stoffbestand des Ausgangsgesteins (lithogener Anteil), gegebenenfalls Vererzungen (chalkogener Anteil) und der von pedogene-tischen Prozessen beeinflussten Umverteilung von Stoffen in Böden (LABO 2003). Aus den Hintergrundgehalten werden Hintergrundwerte bestimmt, die repräsentativ für allgemein verbreitete Schwermetallkonzentrationen im Boden sind. Diese werden auch oft als Schwel-lenwerte herangezogen, um geogene von anthropogenen Einträgen im Boden abzugren-zen. Für die Bestimmung gibt es keine einheitlichen Verfahren, da die geologische Situation für jedes Gebiet unterschiedlich ist (SEIM & TISCHENDORF 1990). Daher ist auch die Ver-wendung global gültiger Elementstandards (z.B. Tonstandard von TUREKIAN& WEDEPOHL
1961) zur Bewertung von Kontaminationen ungeeignet (FRÜHAUF1992). Heute werden die Hintergrundgehalte häufig mit statistischen oder graphischen Verfahren bestimmt. Bei Auen-sedimenten oder rezenten FlussAuen-sedimenten wird die Ermittlung von Faktoren wie der hydro-morphen Überprägung der Sedimente oder von dem Einfluss des Menschen (Rodungen, Bergbau) besonders erschwert (MÜLLER et al. 2003). Eine Trennung lithogener und pedo-gener Schwermetallgehalte ist schon aufgrund der komplizierten Genese der Auenböden schwierig. Infolge zeitlicher und räumlicher Überschneidung von Abtrags- und Sedimenta-tionsprozessen ist die Erfassung lithogener und pedogener Anteile kaum möglich und wenig sinnvoll (FRÜHAUF 1992). Generell sind graphische Ermittlungsverfahren zur Bestimmung von Hintergrundwerten im Falle von einer anthropogenen Belastung, von starken Ausfäl-lungen und Anreicherungshorizonten oder von der Prägung der Elementgehalte aufgrund besonders niedriger pH-Werte oder besonders stark reduzierender Bedingungen nicht an-wendbar. In hydromorphen Horizonten kommt es häufig zu starken An- oder Abreicherun-gen von Schwermetallen. Der Eintrag der Metalle in gelöster Form erfolgt nicht nur mit dem Sickerwasser von der Oberfläche, sondern auch horizontal über das Grundwasser. Es wird daher von MÜLLER et al. (2003) vorgeschlagen, die aM-Horizonte als nicht hydromorph überprägte Auensedimente zur Bestimmung des Hintergrundes heranzuziehen. Sie unter-liegen bei niedrigen pH-Werten einer starken Auswaschung, vor allem auch wegen größerer Korngrößen und geringerer Cor g-Gehalte, anthropogen eingetragener Schwermetalle und sind gegenüber den oben genannten Einschränkungen weniger anfällig.
Im Rahmen der vorliegenden Arbeit werden die Mittelwerte der Elementgehalte von Blei, Zink und Arsen aus zehn Profilen bestimmt, die flussaufwärts von Freihung und damit nicht unmittelbar im oberflächlichen Abflussbereich des Bergbaugeländes und der anstehenden Bleierze liegen. Es werden die Mittelwerte verwendet, da zur Bestimmung der Perzenti-le bzw. des Medians nach LABO (2003) die ProbenanzahPerzenti-len nicht ausreichen. Die ProfiPerzenti-le werden somit als anthropogen unbelastet bewertet und liefern einen geochemischen Hin-tergrund, der differenzierter für die einzelnen Bodenhorizonte anwendbar ist als die Verwen-dung der von MÜLLER et al. (2003) vorgeschlagenen aM-Horizonte in der Aue zwischen Vilseck und Freihung. In dem Fall kann wegen der starken Kontamination nicht davon aus-gegangen werden, dass die aM-Horizonte dem geogenen Hintergrund entsprechen, selbst wenn die Belastung nicht sehr hoch ist (vgl. Abb. 17, S. 61). Im Bereich zwischen Flusski-lometer 70 und 80 existieren keine unbelasteten Böden, die zum Beispiel von kolluvialer Abdeckung vor der Kontamination geschützt wären und daher als Referenzprofile herange-zogen werden könnten (vgl. FRÜHAUF 1992). Von den Profilen oberhalb der Halden liegen sechs an der Vils und vier am Altbach, der bei Rumpelmühle in die Vils mündet. Zum einen werden die Mittelwerte der Blei-, Zink- und Arsengehalte aus den fünf Tiefenstufen (0-1 m bis 4-5 m) bestimmt, zum anderen die Werte für die Bodenhorizonte aAh/aAp, aM, aGo, aGr, alC und lCv. Die Ergebnisse sind in Tabelle 2 dargestellt.
Tab. 2: Hintergrundgehalte (mg/kg) für die Auensedimente der Vils
Vils Altbach gesamt
Horizont Pb Zn As Pb Zn As Pb Zn As
aAh/aAp 2120,5 149,7 15,4 159,6 55,4 n.n. 1140,1 102,5 15,4
aM 72,8 41,6 n.n. 76,6 n.n. n.n. 74,7 41,6 n.n.
aGo 61,1 81,1 n.n. 30,6 n.n. n.n. 45,9 81,1 n.n.
aGr 68,0 109,4 13,4 33,5 53,7 15,6 50,7 81,5 14,5
alC 25,2 56,0 13,8 25,4 53,8 15,0 25,3 54,9 14,4
lCv 24,6 57,6 n.n. 21,2 45,5 13,6 22,9 51,6 13,6
Tiefenstufe Pb Zn As Pb Zn As Pb Zn As
0-1 m 455,0 56,4 9,3 99,6 26,7 8,7 277,3 41,5 9,0
1-2 m 23,7 39,7 4,2 17,9 32,8 12,6 20,8 36,2 8,4
2-3 m 19,6 34,6 7,6 14,4 41,4 17,5 17,0 38,0 12,5
3-4 m 11,0 45,2 8,9 13,2 32,9 15,4 12,1 39,0 12,2
4-5 m 13,6 49,4 11,9 9,3 29,3 18,1 11,4 39,3 15,0
Geochemischer Hintergrund und natürliche Schwermetallgehalte 31
Die hohen Gehalte in den aAh/aAp-Horizonten bzw. im ersten Profilmeter zeigen, dass die ausgewählten Profile nicht anthropogen unbeeinflusst sind. Bei Betrachtung der Bleigesamt-gehalte (Anlage 11.2.1) fällt auf, dass sie nur in den obersten Zentimetern einiger Profi-le stark angereichert sind. Das deutet auf einen atmosphärischen Eintrag hin. MÜLLER et al. (2003) erwähnen, dass es für Oberböden nicht möglich ist, Hintergrundwerte ohne ubi-quitär diffuse Belastungen festzulegen. Für die weitere Verwendung der berechneten Hin-tergrundwerte wurde daher für die Tiefenstufe 0-1 m ein Hintergrundwert von 25 mg/kg Pb herangezogen (90 %-Perzentile), der für Oberböden aus Sanden und Sandsteinen der Krei-de in Krei-der Fränkischen Alb angegeben ist (Bay. GLA 1999, vgl. Tab. 3). Für Arsen sind keine Werte angegeben.
Tab. 3: Hintergrundwerte (90 %-Perzentile, [mg/kg]) für Sande und Sand-steine der Kreide in der Fränkischen und Schwäbischen Alb (nach Bay. GLA 1999)
Nutzung Horizont Pb Zn
Forst Oberböden 25 26
Forst Unterböden 21 28
Forst Unterböden, Lehme 33 56
Acker, Grünland, Forst C-Horizonte 18 35
Es muss berücksichtigt werden, dass die Hintergrundwerte des Bayerischen Geologischen Landesamtes vereinheitlicht für den gesamten Raum der Fränkischen Alb, der mit kreta-zischen Gesteinen bedeckt ist, verwendet werden. Die Oberböden an diesen Standorten enthalten jedoch aufgrund der Nähe zu den anstehenden Erzen höhere Gehalte an Schwer-metallen.
Für die Berechnung der Anreicherungsfaktoren in Kapitel 5.2.1 werden die Daten aus der Spalte ‚gesamt‘ der Tabelle 2 als Mittelwerte der Vils- und Altbachmeterproben herangezo-gen. Die Verwendung der horizontbezogenen Hintergrundwerte ist bei der Darstellung der Meterproben in den Flussverlaufskarten (Anlage 11.2.2) der Vils nicht sinnvoll.