Tiefengradienten der Schwermetallgesamtgehalte

Die drei Metalle verhalten sich in der Tiefenverteilung ihrer Gehalte in den Profilen unter-schiedlich. Während Blei vor allem in den obersten Zentimetern der Bohrkerne angereichert ist, verteilen sich Zink und Arsen gleichmäßiger über die gesamte Tiefe von fünf Metern, was auf die bessere Verlagerbarkeit der Elemente zurückzuführen ist. Die Karten der Anla-ge 11.2.1 zeiAnla-gen die SchwermetallAnla-gesamtAnla-gehalte im Königswasserextrakt in den Auensedi-menten der Vils zwischen Flusskilometer 70 und 82 über die fünf Tiefenstufen.

Die Bleigehalte nehmen exponentiell mit der Tiefe ab und haben die höchsten

Anreicherun-gen im ersten Meter (Abb. 16). GeAnreicherun-genüber der Tiefenstufe 1-2 m mit 275 mg/kg Pb erfährt der erste Meter im Mittel eine dreifache Anreicherung (824 mg/kg). Bereits ab 2 m Tiefe lie-gen die Konzentrationen mit 41 mg/kg nur noch wenig oberhalb des geolie-genen Hintergrun-des und gehen im vierten Meter noch weiter zurück auf 24 mg/kg. Lediglich die Tiefenstufe 4-5 m beinhaltet wieder einen leichten Anstieg der Bleigehalte auf 62 mg/kg. Er wird vom geogen mit Blei angereicherten Ausgangsgestein im Raum Vilseck hervorgerufen, das als solches einen noch höheren Bleigehalt aufweist. Die Bildung des Mittelwertes über das ge-samte Arbeitsgebiet erhöht den Bleigehalt im fünften Meter so stark, dass der Wert deutlich über den Werten der Tiefen 2-3 m und 3-4 m liegt.

Bei Zink ist ein linearer negativer Tiefengradient feststellbar. Die Gehalte gehen durch-schnittlich von 70 mg/kg im obersten Meter über 54 mg/kg, 44 mg/kg und 42 mg/kg in den drei darunterliegenden Tiefenstufen auf 39 mg/kg im fünften Meter zurück. Der berechnete Hintergrundgehalt für Zink im fünften Meter beträgt ebenfalls 39 mg/kg. Bereits im zweiten bis dritten Tiefenmeter liegen die Zinkkonzentrationen nicht mehr stark oberhalb des geo-genen Hintergrundes (Kap. 3.3). Arsengehalte haben keinen Gradienten über die Tiefe. In den meisten Profilen liegt eine Anreicherung mit Gehalten von durchschnittlich 11 mg/kg im ersten Meter vor, die damit etwa doppelt so hoch sind wie die einheitlichen Konzentrationen in den übrigen vier Metern (Abb. 16).

Arsengehalte sind jedoch im Mittel für das gesamte Arbeitsgebiet gegenüber dem geogenen Hintergrund nicht erhöht. Die Gehalte liegen für die Tiefenstufen 1-5 m sogar unterhalb der ermittelten Hintergrundkonzentrationen.

Die Berechnung von Anreicherungsfaktoren auf Basis des im Kapitel 3.3 ermittelten geo-chemischen Hintergrundgehaltes (Anlage 11.2.2) bestätigt, dass eine starke anthropogene Anreicherung des Bleis fast ausschließlich im ersten Meter erfolgt. Ausnahmen dieser Regel sind auf lokale geologische Besonderheiten zurückzuführen und damit nicht mehr anthropo-gen. Die geochemischen Hintergrundwerte wurden als Mittelwerte verschiedener geologi-scher Einheiten bestimmt, aber über das gesamte Arbeitsgebiet einheitlich angewendet.

Kaolinreiches Ausgangsgestein bei Vilseck hat jedoch geogen deutlich höhere Bleigehalte als die Cv-Horizonte im restlichen Arbeitsgebiet. Dadurch sind die Anreicherungsfaktoren in den Bereichen mit den anstehenden Kaolinsanden etwas überbewertet, die auf den Flä-chen mit anstehenden glimmerreiFlä-chen Sanden vergleichsweise zu niedrig angesetzt. Diese Vereinfachung bei der Anwendung der berechneten Hintergrundgehalte beeinflusst jedoch nur die lCv-Horizonte, da sie in zwei verschiedenen Fazies vorliegen. Bei den Auen- und Flusssedimenten ist eine einheitliche Verwendung für das gesamte Arbeitsgebiet durchaus

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zulässig, weil die Sedimente überall einen ähnlichen Aufbau haben. Da in Tiefen unterhalb von 2 m in der Regel nicht mehr von anthropogenen Anreicherungen auszugehen ist, ist der Fehler hier vernachlässigbar.

Beim Zink ist keine Regelmäßigkeit der Anreicherung in bestimmten Tiefenstufen erkennbar.

Arsen lässt wiederum die Dominanz der Anreicherung im ersten Meter deutlicher erken-nen (Abb. 16). Die Anreicherungsfaktoren für Arsen (Anlage 11.2.2) verdeutlichen, dass ein Großteil der gemessenen Werte im Königswasserextrakt unterhalb der berechneten Werte für die geogenen Hintergrundgehalte liegt.

Abb. 16: Statistische Kenndaten der Schwermetallgehalte im Königswasserextrakt in den fünf Tie-fenstufen

Die Ergebnisse der FPRFA-Messungen zeigen ein differenziertes Bild für die Tiefengradien-ten der Metallgehalte. Aufgrund der detaillierteren Beprobung sind innerhalb der Meterpro-ben wesentlich kleinräumigere Abstufungen der Schwermetallkonzentrationen vorhanden.

Die Unterschiede werden am Querprofil bei Flusskilometer 79,5 deutlich, in dem jeweils vier Bohrungen rechts und links der Vils abgeteuft wurden (Abb. 57 im Anhang). Die höchsten Gehalte an Blei und Zink liegen nicht immer oberflächennah vor. In Bohrung 6337-145 bei-spielsweise liegt das Maximum zwischen 47-64 cm. Diese Anreicherungen sind zum einen

auf die höheren Ton- und Schluffgehalte der Sedimente unterhalb des aAp-Horizontes zu-rückzuführen. Zum anderen bestehen die Möglichkeiten, dass sie aus der Kontamination zur aktiven Zeit des Bergbaus resultieren und mittlerweile von jüngerem Ablagerungsma-terial abgedeckt wurden oder aus einer Tiefenverlagerung stammen. Einzelne sehr stark belastete, aber geringmächtige Horizonte, die zwischen fast unbelasteten Horizonten lie-gen, täuschen in den Meterproben hohe Gehalte über einen großen Tiefenbereich vor. Die teilweise starken Schwankungen innerhalb weniger Zentimeter im oberen Bereich der Profi-le stammen aber vermutlich aus einzelnen Hochwasserereignissen und können diesen zu-geordnet werden. Möglicherweise korrelieren die Sedimentalter stark belasteteter Bereiche mit Phasen aktiven Bergbaus. Anhand von¹⁴C-Datierungen der jüngeren Ablagerungen der Profile 6337-91 und -122 wurde diese Art der Zuordnung versucht. Die hohen Bleieinträge können damit zeitlich zumindest näher eingegrenzt werden.

Das Blei muss hauptsächlich partikulär transportiert worden sein, da es in den Eluaten nicht enthalten ist (Kap. 5.4). Dies führt zu der Annahme, dass das Ablagerungsdatum der Sedi-mente und das Eintragsdatum des Bleis identisch sind. Unter Berücksichtigung, dass die Bleieinträge vom Bergbau verursacht und während der aktiven Phase des Abbaus und der Verarbeitung in die Auensedimente eingetragen wurden, geben die ¹⁴C-Datierungen auch das Alter des anthropogenen Bleieintrages wieder. Die Emissionen von Schwerme-tallen können auch im umgekehrten Fall als stratigraphische Marker verwendet werden. In Bergbaugebieten können über das Einsetzen hoher Peaks in den Sedimenten die Schich-ten bei Kenntnis der BlütezeiSchich-ten des Bergbaus indirekt datiert werden (MACKLIN 1985, MATSCHULLATet al. 1997). Voraussetzung ist natürlich eine stete Akkumulation seit Beginn des Bergbaus, ohne Erosion und Umlagerung.

Im Profil 91 ist die extreme Bleianreicherung mit 3530 mg/kg im aGr-nH-Mischhorizont zwi-schen 83 und 100 cm Tiefe an der Basis auf 1381-1455 AD datiert. Sie fällt somit genau in die Anfangszeit und erste Blütezeit des Bergbaus ab dem 15. Jahrhundert. Im Bohrkern 122 wurde das Alter eines aGr-Horizontes aus 29-77 cm Tiefe bestimmt, der mit 2320 mg/kg ebenfalls viel Blei enthält. Die Holzprobe stammt aus einer Tiefe von nur 68 cm und wurde auf 1481-1666 AD datiert. Demnach ist der Bleieintrag wahrscheinlich schon vor dieser Zeit, die wiederum die Hauptperiode des Bergbaus voll umfasst, erfolgt.

Relativ einheitliche Zinkkonzentrationen über die gesamte Tiefe wie in den Profilen 6337-145 und -146 erweisen sich in den FPRFA-Messungen der horizontbezogenen Proben als differenzierter. Unter Horizontwechseln kommt es häufig zu starken Anstiegen oder Abnah-men der Gehalte infolge von veränderten Milieubedingungen oder Substratunterschieden.

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Aufgrund der horizontbezogenen Beprobung ist ein Bezug der Blei-, Zink- und Arsengehalte zu den Bodenhorizonten und ihren charakteristischen physikalischen und geochemischen Eigenschaften möglich. Abbildung 17 stellt die Metallkonzentrationen in Abhängigkeit der Bodenhorizonte dar.

Abb. 17: Mittelwerte (oben), Mediane (unten) und Standardabweichungen (Fehlerbalken) der Schwermetallgehalte in den einzelnen Bodenhorizonten; über den Fehlerbalken: Anzahl der Messwerte n

Blei ist demnach deutlich in den aAp- und vor allem in den aGo-Horizonten mit Gehalten von durchschnittlich > 1200 mg/kg angereichert. In einigen Fällen weisen auch die anderen Auenhorizonte, Niedermoortorfe und Vilsschotter erhöhte Gehalte auf. Es handelt sich

je-doch nicht um eine flächenhafte starke Belastung, da die Mediane deutlich niedriger liegen.

Zink zeigt eine weitgehend gleich hohe Verteilung in allen Horizonten, die in der Abbildung 17 auf der Abszisse genannten Reihenfolge auch in etwa dem Tiefengradienten in den Pro-filen entspricht. Die Auenhorizonte sind mit durchschnittlich 120 mg/kg belastet. In den flu-viatilen Kiesen und Ausgangsgesteinen geht der Wert auf etwa 70 mg/kg zurück. Auffällig ist eine im Vergleich zu den anderen beiden Elementen deutlich höhere Konzentration an Zink in den Niedermoortorfen (ca. 150 mg/kg). Die mittleren Gehalte und Mediane für Ar-sen sind wie beim Blei und im Gegensatz zum Zink leicht unterschiedlich, wenn auch die Konzentrationsunterschiede deutlich geringer sind als beim Blei. Im Mittel ist Arsen in den Horizonten, in denen auch das Blei bevorzugt gebunden ist, mit etwa 70 mg/kg im aAp und 60 mg/kg im aGo vorhanden. aM und aGr folgen mit knapp 50 mg/kg, danach nH, alC und lCv mit 25-20 mg/kg. Die Mediane belegen, dass die Oberböden die hohen Gehalte nur in einzelnen Fällen erreichen. In der Regel liegt Arsen aber mit 27,2 mg/kg in niedrigeren Konzentrationen vor.