Abkürzungsverzeichnis
5. Organische Substanzen und Sulfide
3.2 Untersuchungen an Sedimenten der Mulde sowie Krusten des Freiberger Grubenreviers Grubenreviers
3.2.4 Untersuchungen zu Mobilisierungsverhalten und Bindungsformen von Schwermetallen und Arsen in Sedimenten der Mulde und Krusten des Freiberger
3.2.4.3 Remobilisierung verschiedener Elemente aus den Muldesedimenten
Extrahiert wurden sowohl die Feinkornfraktion (< 20 µm) als auch die Gesamtsedimente (< 2 mm), um Informationen darüber zu gewinnen, ob sich diese Fraktionen im Remobilisierungsverhalten grundsätzlich unterscheiden. Die Sedimentproben sind im April 2001 an drei verschiedenen Stellen entlang der Mulde entnommen worden. Die dazugehörigen, vor Ort gemessenen aquatischen Basisparameter sind im Anhang aufgeführt.
Um die Güte und damit die Aussagekraft der Extraktionen zu überprüfen, wurden die Wiederfindungsraten der einzelnen Elemente bei jeder Probe bestimmt. Dazu wurden die Mulde-Sedimente einem Totalaufschluss unterzogen. Die mittels ICP-MS erhaltenen Elementkonzentrationen wurden dann jeweils der Summe aller ebenfalls mit der ICP-MS bestimmten Elementkonzentrationen der einzelnen Extraktionslösungen (inklusive Residual-fraktion) gegenübergestellt.
In Tabelle 42 bis 46 sind die Wiederfindungsraten der sequentiellen Extraktion für die aus den Muldesedimenten mobilisierten Elemente Mangan, Eisen, Arsen, Zink, Cadmium, Blei und Uran angegeben.
• Muldesediment aus der „Freiberger Mulde“ (April 2001)
Tabelle 42: Wiederfindungsraten bei der sequentiellen Extraktion des Flusssediments aus der „Freiberger Mulde“ bei Erln; (Gesamtfraktion < 2 mm)
Elementgehalt im Sediment (Bulk)
Summe aller Extraktionsphasen
Wiederfindung
(Bzgl. Bulk)
Element [µg/g] [µg/g] [%] Fexp(P,f1,f2)1) texp(P,f)2)
Mn 1174 ± 40 1016 ± 69 87 ± 7 7,64 4,49 Fe 20840 ± 1196 19461 ± 1794 93 ± 10 5,69 1,49 As 102 ± 3 100 ± 4 98 ± 5 3,50 0,97 Zn 1073 ± 108 782 ± 94 73 ± 11 1,92 5,90 Cd 12,7 ± 2,8 11,0 ± 1,0 86 ± 20 2,76 2,75 Pb 265 ± 42 218 ± 33 82 ± 18 1,57 2,69
U 3,9 ± 0,2 3,6 ± 0,3 93 ± 8 7,07 1,99 Bulkanalyse (Totalaufschluss) : Vertrauensintervall der t-Verteilung (n=4; P=95%)
Summe der Extraktionen: Fehler über Fehlerfortpflanzung der einzelnen Extraktionsschritte berechnet Prüfung: Summe aller Extraktionsschritte gegenüber Bulkanalyse:
1) Varianzen-F-Test: Prüfgröße Fexp zu vergleichen mit F(P=95%,f1=23,f2=3): 8,46 bzw. F(P=99%,f1=23,f2=3): 26,6
2) Mittelwert-t-Test: Prüfgröße texp zu vergleichen mit t(P=95%,f=26): 2,06 bzw. t(P=99%,f=26): 2,78
Tabelle 43: Wiederfindungsraten bei der sequentiellen Extraktion des Flusssediments aus der „Freiberger Mulde“ bei Erln; (Feinkornfraktion < 20 µm)
Elementgehalt im
Sediment (Bulk) Summe aller Extraktionsphasen
Wiederfindung
(Bzgl. Bulk)
Element [µg/g] [µg/g] [%] Fexp(P,f1,f2)1) texp(P,f)2)
Mn 2037 ± 166 2309 ± 282 113 ± 17 7,28 1,88 Fe 38733 ± 3725 44519 ± 6151 115 ± 19 6,89 1,83 As 169 ± 15 193 ± 22 114 ± 16 5,33 2,11 Zn 2551 ± 198 2457 ± 91 96 ± 8 1,86 1,82 Cd 56,3 ± 4,0 50,1 ± 4,8 89 ± 11 3,64 2,52 Pb 600 ± 90 555 ± 38 92 ± 15 2,22 2,06
U 8,6 ± 0,4 8,0 ± 0,5 94 ± 8 4,41 2,01 Bulkanalyse (Totalaufschluss) : Vertrauensintervall der t-Verteilung (n=4; P=95%)
Summe der Extraktionen: Fehler über Fehlerfortpflanzung der einzelnen Extraktionsschritte berechnet Prüfung: Summe aller Extraktionsschritte gegenüber Bulkanalyse:
1) Varianzen-F-Test: Prüfgröße Fexp zu vergleichen mit F(P=95%,f1=23,f2=3): 8,46 bzw. F(P=99%,f1=23,f2=3): 26,6
2) Mittelwert-t-Test: Prüfgröße texp zu vergleichen mit t(P=95%,f=26): 2,06 bzw. t(P=99%,f=26): 2,78
• Muldesediment aus der „Zwickauer Mulde“ (April 2001)
Tabelle 44: Wiederfindungsraten bei der sequentiellen Extraktion des Flusssediments aus der „Zwickauer Mulde“ bei Sermuth; (Gesamtfraktion < 2 mm)
Elementgehalt im
Sediment (Bulk) Summe aller Extraktionsphasen
Wiederfindung
(Bzgl. Bulk)
Element [µg/g] [µg/g] [%] Fexp(P,f1,f2)1) texp(P,f)2)
Mn 951 ± 42 936 ± 19 98 ± 5 1,87 1,39 Fe 24492 ± 3464 27274 ± 1828 111 ± 17 1,42 2,70 As 37,9 ± 6,2 35,9 ± 2,4 95 ± 17 2,74 1,37 Zn 433 ± 56 566 ± 65 131 ± 23 3,41 3,92 Cd 5,1 ± 0,6 4,7 ± 0,5 91 ± 13 1,59 1,91 Pb 71,8 ± 2,5 69,8 ± 2,7 97 ± 5 3,00 1,41
U 15,8 ± 2,1 14,5 ± 0,8 91 ± 13 2,68 2,76 Bulkanalyse (Totalaufschluss) : Vertrauensintervall der t-Verteilung (n=4; P=95%)
Summe der Extraktionen: Fehler über Fehlerfortpflanzung der einzelnen Extraktionsschritte berechnet Prüfung: Summe aller Extraktionsschritte gegenüber Bulkanalyse:
1) Varianzen-F-Test: Prüfgröße Fexp zu vergleichen mit F(P=95%,f1=23,f2=3): 8,46 bzw. F(P=99%,f1=23,f2=3): 26,6
2) Mittelwert-t-Test: Prüfgröße texp zu vergleichen mit t(P=95%,f=26): 2,06 bzw. t(P=99%,f=26): 2,78
Tabelle 45: Wiederfindungsraten bei der sequentiellen Extraktion des Flusssediments aus der „Zwickauer Mulde“ bei Sermuth; (Feinkornfraktion < 20 µm)
Elementgehalt im
Sediment (Bulk) Summe aller Extraktionsphasen
Wiederfindung
(Bzgl. Bulk)
Element [µg/g] [µg/g] [%] Fexp(P,f1,f2)1) texp(P,f)2)
Mn 1837 ± 292 2051 ± 139 112 ± 19 1,73 2,73 Fe 44462 ± 4404 51554 ± 6313 116 ± 18 5,20 2,17 As 80,1 ± 8,6 91,0 ± 6,3 114 ± 14 1,36 3,26 Zn 1673 ± 90 1610 ± 81 96 ± 7 2,04 1,49 Cd 18,7 ± 1,0 17,2 ± 1,7 92 ± 10 7,13 1,69 Pb 176 ± 10 182 ± 7 103 ± 7 1,20 1,51
U 34,4 ± 5,5 29,3 ± 3,4 85 ± 17 1,02 2,75 Bulkanalyse (Totalaufschluss) : Vertrauensintervall der t-Verteilung (n=4; P=95%)
Summe der Extraktionen: Fehler über Fehlerfortpflanzung der einzelnen Extraktionsschritte berechnet Prüfung: Summe aller Extraktionsschritte gegenüber Bulkanalyse:
1) Varianzen-F-Test: Prüfgröße Fexp zu vergleichen mit F(P=95%,f1=23,f2=3): 8,46 bzw. F(P=99%,f1=23,f2=3): 26,6
2) Mittelwert-t-Test: Prüfgröße texp zu vergleichen mit t(P=95%,f=26): 2,06 bzw. t(P=99%,f=26): 2,78
• Muldesediment aus der „Vereinigten Mulde“ (April 2001)
Tabelle 46: Wiederfindungsraten bei der sequentiellen Extraktion des Flusssediments aus der „Vereinigte Mulde“ bei Bad Düben; (Feinkornfraktion < 20 µm)
Elementgehalt im Sediment (Bulk)
Summe aller Extraktionsphasen
Wiederfindung
(Bzgl. Bulk)
Element [µg/g] [µg/g] [%] Fexp(P,f1,f2)1) texp(P,f)2)
Mn 1910 ± 164 2160 ± 174 113 ± 13 2,83 2,77 Fe 42870 ± 4025 49843 ± 6814 116 ± 19 7,25 1,99 As 184 ± 20 264 ± 20 143 ± 19 2,63 7,53 Zn 2283 ± 108 2287 ± 130 100 ± 7 3,68 0,07 Cd 38,3 ± 2,0 35,7 ± 3,0 93 ± 9 5,71 1,66 Pb 563 ± 30 537 ± 32 95 ± 8 2,94 1,52
U 27,2 ± 2,5 24,0 ± 1,5 88 ± 10 1,04 3,81 Bulkanalyse (Totalaufschluss) : Vertrauensintervall der t-Verteilung (n=4; P=95%)
Summe der Extraktionen: Fehler über Fehlerfortpflanzung der einzelnen Extraktionsschritte berechnet Prüfung: Summe aller Extraktionsschritte gegenüber Bulkanalyse:
1) Varianzen-F-Test: Prüfgröße Fexp zu vergleichen mit F(P=95%,f1=23,f2=3): 8,46 bzw. F(P=99%,f1=23,f2=3): 26,6
2) Mittelwert-t-Test: Prüfgröße texp zu vergleichen mit t(P=95%,f=26): 2,06 bzw. t(P=99%,f=26): 2,78
Die Wiederfindungsraten lagen in einem ähnlichen Bereich wie bei den Extraktionen der Warthesedimente. Der statistische Vergleich [230], [231], [234], [235] zeigt wiederum mit 95 prozentiger Aussagesicherheit größtenteils keine signifikanten Unterschiede zwischen den Extraktionssummen und den Bulkanalysen.
Generelle leichte Unterbefunde bei einzelnen Elementen (Cd, U) lassen sich auch hier auf geringe Gehalte in den Proben zurückführen. Einzelne Über- oder Unterbefunde bei den Elementen Zink und Arsen lassen sich zurückführen auf spektrale Interferenzen sowie Matrixeinflüsse während der ICP-MS-Messungen.
Insgesamt zeigten die Wiederfindungsraten, dass im Rahmen der Methodengenauigkeit mit der gewählten Analysenmethode belastbare Ergebnisse erzielt werden.
Nachfolgend sind die prozentualen Anteile der Schadelemente in den einzelnen Fraktionen der Sedimentproben aus der Freiberger, der Zwickauer sowie der Vereinigten Mulde graphisch dargestellt. Die absoluten Elementgehalte, die in den einzelnen Fraktionen gefunden wurden, sind im Anhang verzeichnet.
• Sedimente aus der „Freiberger Mulde“
Die prozentualen Anteile der Schadelemente in den einzelnen Fraktionen der Sedimentproben der Freiberger Mulde (bei Erln) sind für die Gesamtfraktion (< 2 mm) und Feinkornfraktion (< 20 µm) in Abbildung 89 und 90 dargestellt.
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90%
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Mn Fe As Zn Cd Pb U
6. Residual 5. Oxidierbar 4. Mäßig reduzierbar 3. Leicht reduzierbar 2. Carbonatisch 1. Austauschbar
Abbildung 89: Prozentuale Elementverteilung bei der sequentiellen Extraktion der Sedimentprobe „Freiberger Mulde (Gesamtsediment < 2 mm)“
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100%
Mn Fe As Zn Cd Pb U
6. Residual 5. Oxidierbar 4. Mäßig reduzierbar 3. Leicht reduzierbar 2. Carbonatisch 1. Austauschbar
Abbildung 90: Prozentuale Elementverteilung bei der sequentiellen Extraktion der Sedimentprobe „Freiberger Mulde (Feinkornfraktion < 20 µm)“
Generell ließ sich bei den einzelnen Elementen in beiden untersuchten Korngrößenfraktionen der Sedimentprobe aus der Freiberger Mulde (bei Erln) ein ähnliches Extraktionsverteilungsmuster erkennen, auch wenn die Absolutgehalte in der Fraktion < 20 µm um den Faktor 1,7 (As und Mn), 1,9 (Fe), 2,2 (U), 2,3 (Pb), 2,4 (Zn) und 4,4 (Cd) höher waren als im Gesamtsediment < 2 mm.
Im einzelnen wurde Mangan sowohl in der Fraktion < 2 mm wie auch in der Fraktion
< 20 µm sehr stark im ersten Extraktionsschritt (austauschbar gebundene Kationen) freigesetzt (ca. 40 % bzw. 50 %). Weiter verteilte sich Mangan in der Fraktion < 2 mm mit jeweils ca. 20 % auf die Extraktionsschritte 2 (carbonatisch gebunden), 3 und 4 (reduzierbar gebunden) bzw. 6 (Residualfraktion). In der Korngrößenfraktion < 20 µm war der Anteil an Mangan mit ca. 24 % in der Extraktionslösung 2 (carbonatisch
gebunden) größer als in den Fraktionen 3 und 4 (reduzierbar gebunden) bzw.
6 (Residualfraktion) (mit jeweils ca. 10 %). Der Anteil an oxidierbar gebundenem Mangan war in beiden Korngrößenfraktionen sehr klein (< 3 %).
Eisen und Arsen wurden in beiden Korngrößenfraktionen vor allem in den Extraktionslösungen 4 (mäßig reduzierbar gebunden) und 6 (Residualfraktion) nachgewiesen. Während das Verhältnis bei Eisen jeweils etwa 1/3 zu 2/3 (Fraktion 4 zu 6) entsprach, war beim Arsen der Anteil in der Lösung 4 am größten (ca. 65 % bzw. ca.
50 %). Außerdem lag hier offensichtlich ein Anteil von etwa 10 % carbonatisch gebunden vor.
Die gut mobilisierbaren Elemente Cadmium und Zink kamen mit Ausnahme von Fraktion 1 (austauschbar gebunden, < 3 %) in allen Fraktionen in der Größenordnung von ca. 10 % bis 30 % vor. Außerdem waren die prozentualen Anteile der beiden Elementgehalte an den einzelnen Extraktionslösungen in beiden Korngrößenfraktionen sehr ähnlich.
Blei und Uran lagen vorwiegend in der Residualfraktion vor (jeweils zu etwa 50 %).
Darüber hinaus wurden sie durch die Extraktionslösungen 2 (carbonatisch gebunden) und 4 (mäßig reduzierbar gebunden) freigesetzt, (jeweils ungefähr zu 20 %). Blei lag zusätzlich zu ca. 8 % oxidierbar gebunden vor. Diese Verteilungen galten für beide Korngrößenfraktionen.