Großräumige Bodenkontaminationen: Wirkungsgefüge, Erkundungsmethoden und Lösungsansätze

256 Pages·1997·7.855 MB·German

by  Dr. rer. nat. habil. Karsten Grunewald (auth.)

Großräumige Bodenkontaminationen
Springer-Verlag Berlin Heidelberg GmbH
Karsten Grunewald
Großräumige
Bodenkontaminationen
Wirkungsgefüge, Erkundungsmethoden
und Lösungsansätze
Mit 24 Abbildungen und 49 Tabellen
, Springer
Dr. rer. nat. habil. Karsten Grunewald
Technische Universităt Dresden
Institut ftir Geographie
D-Qlo62 Dresden
Die Deutsche Bibliolhek -CIP-Einheilsaufnahme
GrunewaJd, Karsten:
Grossraumige Bodenkonlaminalionen : Wirkungsgefiige,
Erkundungsmethoden und Lilsungsansătze I Karslen Grunewald. -
Berlin; Heidelberg ; New York; Barcelona ; Budapesl ; Hong Kong
; Landon ; Mailand ; Paris ; SanIa Oara ; Singapur ; Tokio :
Springer, 1997
ISBN 978-3-642-63869-5 ISBN 978-3-642-59149-5 (eBook)
DOI 10.1007/978-3-642-59149-5
Zugl. Technische Universitat Dresden, Habil.-Schrift, 1996
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Vorwort
Die Nutzungsvielfalt der Lebensräume, die wachsende Anzahl von Konfliktfeldern
zwischen Mensch und Umwelt zwingen zur Erstellung praxisrelevanter Entschei
dungshilfen fiir mögliche Nutzungskonzeptionen auf der Basis qualifizierter Pro
blemlösungen. Natur- und Ressourcenschutz sind eine Überlebensfrage der
Menschheit geworden, zu der die Geowissenschaften einschließlich der angewand
ten Geographie ihren Beitrag leisten können und müssen.
Die großräumige und langfristige Untersuchung des Stotlhaushaltes in Land
schaften stellt inhaltlich und methodisch eine interessante Herausforderung dar.
Eine vollständige Darstellung selbst ausgewählter Probleme erweist sich jedoch
aufgrund der Fülle der zu beachtenden bzw. zu verarbeitenden natur- und sozial
wissenschaftlichen Informationen als schwer realisierbar. Zumindest können der
artige Forschungen heute nur in Teamarbeit erfolgreich sein.
Der vorliegende Text geht zurück auf meine Habilitationsschrift, welche im Juli
1996 der Fakultät Forst-, Geo- und Hydrowissenschaften der Technischen Uni
versität Dresden vorgelegt wurde. Die originären Abschnitte dieser Abhandlung
sind interdisziplinär bzw. intradisziplinär entstanden. Das gilt sowohl fiir die vor
gestellten Arbeitsmethoden, als auch fiir die durchgeführten Untersuchungen und
die Ergebnisinterpretation. Einzelne Forschungsresultate sind bereits in Fachzeit
schriften publiziert worden, eine in sich geschlossene Darstellung des Problems
großräumiger Bodenkontaminationen stand jedoch noch aus.
Ich danke allen Kollegen der Geographischen Institute in Dresden und Potsdam,
den beteiligten Biologen, Mathematikern, Landschaftsplanern und Studenten fiir
die Zusammenarbeit, insbesondere aber den Chemikern und Laborkräften universi
tärer und außeruniversitärer Einrichtungen, ohne deren Engagement die zahlrei
chen Analysen nicht möglich gewesen wären. Voraussetzung fiir die Durchführung
der Forschungen war das Interesse und die finanzielle Förderung durch behördli
che und ministerielle Einrichtungen der Bundesländer Brandenburg und Sachsen.
Entscheidenden Anteil am Zustandekommen und Gelingen der Schrift hatten
die Herren Prof. Dr. Karl MannsfeldlDresden und Prof. Dr. Heiner Barsch/
Potsdam. Ihnen sei fiir die zahlreichen Diskussionen und Anregungen, fiir die
Förderung, die Belassung der notwendigen Freiräume, aber auch fiir das Vorbild
ihrer Arbeitsstile herzlich gedankt. Dieser Dank gebührt ebenso meiner Familie,
die Verständnis fiir viele zusätzliche Schreibtischstunden und notwendige Wechsel
des Arbeits-und Wohnortes aufbrachte.
Dresden, im März 1997 Karsten Grunewald
Inhaltsverzeichnis
1 Einleitung 1
2 Definitionen 7
3 Probleme großräumiger Bodenkontaminationen 15
3.1 Aus wirtschaftlich-sozialer Sicht 15
3.2 Aus politisch-rechtlicher Sicht 22
3.3 Aus landschaftsökologischer Sicht 31
4 Ursachengefiige, Schadstoffp otential und Verbreitung
großräumiger Bodenkontaminationen 41
4.1 Vorbemerkungen 41
4.2 Entsorgung von festen und flüssigen Abfällen 42
4.3 Militärische Liegenschaften 51
4.4 Atmosphärische Immissionen 55
4.5 Flächenhafte und langzeitige Stoffeinträge 59
4.6 Naturereignisse und -katastrophen 62
4.7 Unfälle, Havarien, Umweltkriminalität, Kriege 64
4.8 Zusammenfassung und Interferenzen 68
4.9 Ausgewählte politische und sozioökonomische Zusammenhänge 70
5 Methodische und analytische Ansätze zur Erkundung
großräumiger Bodenkontaminationen 81
5.1 Grundlagen 81
5.2 Bestandsaufnahme 85
5.2.1 Räumlich-stoflliche Ansätze 85
5.2.2 Möglichkeiten und Grenzen von Luftbildern 89
5.2.3 Bioindikations-und ökotoxikologische Verfahren 96
5.3 Effektive Analytik 99
5.3.1 Bodenparameter 1. Ordnung 100
5.3.2 Anorganische Bodenschadstoffe 102
5.3.3 Organische Bodenschadstoffe 105
5.4 Auswertungs-und Bewertungsansätze 110
6 Das Wirkungsgef"üge großräumiger Bodenkontaminationen
in der Landscbaft -dargestellt anband diffuser Stoffa usträge
in Oberßäcbengewässer 115
6.1 Landschaftsstofihaushalt und Stofffiüsse 115
6.2 Probleme und Mechanismen diffuser Stoffe inträge in
Oberflächengewässer 121
6.3 Labormethoden 131
6.4 Stoffa usträge aus intensiv landwirtschaftlich genutzten Gebieten
-erläutert am Beispiel "Große Röder" 135
6.4.1 AufgabensteIlung, Naturraumausstattung und Untersuchungsansatz 135
6.4.2 Beregnungsversuche zur Abschätzung von Bodenabtrag,
Oberflächenabfluß, Nährstoff-und Pestizidausträgen 143
6.4.3 Pflanzenbehandlungs-und Schädlingsbekämpfungsmittel (PBSM) 152
6.4.4 Stickstoff-und Phosphorparameter 158
6.4.5 Bewertung der Situation und des Handlungsbedarfes 167
6.5 Stoffd ynamik in einer polykontaminierten Landschaft
-erläutert am Beispiel der Rieselfelder südlich Berlin 170
6.5.1 Zur Belastungssituation 170
6.5.2 Untersuchungen zur Strukturcharakterisierung und Dynamik
von Boden-und Schadstoffparametern 174
6.5.3 Stoffa usträge in Vorflutwässer und -sedimente 184
6.5.4 Bewertung des Gefährdungspotentials 192
7 Geoökologische Ansätze zur Problembewältigung 195
7.1 Möglichkeiten von Sanierungs-und Sicherungsmaßnahmen 195
7.2 Zur Bedeutung des Geofaktorengefiiges 199
7.3 Präventive Schutzmaßnahmen durch nachhaltige
Wirtschafts-und Landnutzungsstrategien 204
7.4 Beispielhafte Ansätze zur Problembeherrschung 209
7.4.1 Strategien zur Minimierung von Stofibelastungen durch
landwirtschaftliche Nutzungen 209
7.4.2 Rieselfelder südlich Berlin -Nutzungskonzepte
fiir eine kontaminierte Landschaft 213
7.5 Zum Beitrag der Landschaftsökologie zur Ressourcensicherung 217
Literatur 223
Verzeichnis der Tabellen und Abbildungen 239
Sachverzeichnis 243
1 Einleitung
Die Bereitstellung von ausreichend sauberem Wasser, von funktionstüchtigen
Böden, von sauberer Luft oder die Gewährleistung einer natürlichen, vernetzten
und regenerationsfähigen Ptlanzen-und Tierwelt, bisher im Bewußtsein der Men
schen Gratisleistungen der Natur, sind heute immer weniger gegeben. Die Erhö
hung der technischen und energetischen Ausstattung der Menschheit bewirkt die
Verstärkung von anthropogenen Auswirkungen auf die Natur und als Resultat
weitreichende Umweltveränderungen.
Das Umweltmedium Boden ist besonderen Belastungen ausgesetzt (s. Blume,
1992), so daß in vielen Ländern Bodenschutzprobleme auftreten. Ein neues,
ernstzunehmendes Problem stellen in vielen Gebieten großräumige Boden
kontaminationen durch anthropogene Tätigkeiten dar. Durch Produktion und Kon
sumtion entstehen unerwünschte und unantizipierte Stoffe, die in ihren Mengen,
Konzentrationen und Bestandteilen das Potential an ökologischer Selbstregulation
übersteigen (Oßenbrügge, 1992). Die intensivere und vielfältigere Nutzung der
Böden hat zur Folge, daß diese mehr und stärker einem Wandel unterliegen, so
daß der Boden selbst, insbesondere aber angrenzende Nutz- und Schutzgüter
nachteilig verändert werden. Abhängig von den jeweiligen industriellen, infrastruk
turellen und landwirtschaftlichen Strukturen, modifiziert durch die landschaftli
chen Gegebenheiten, haben sich regional differenzierte Belastungssituationen
herausgebildet (CU!, 1995).
Die Funktionsfähigkeit des Ökosystems Boden ist Voraussetzung fiir die Exi
stenz von entwickeltem Leben auf dieser Erde. Die Bedrängtheit des Mediums
Boden (Versiegelungstendenzen, stoftliche Belastungen etc.) erfordert gesetzliche
Regelungen zum Bodenschutz, fiir die Kompartimente Luft und Wasser sind diese
inzwischen selbstverständlich.
Die heutige Sorge um den Boden entstammt in den Industrieländern meistens
weniger den Ängsten um die Standorte der Nahrungsmittelproduktion, sondern
einem allgemeinen, nicht näher spezifizierbaren Unbehagen über Veränderungen
der vertrauten Umwelt (Hartge, 1989). Daran sind Bodenverunreinigungen erheb
lich beteiligt, da
- die Wirkung vieler Chemikalien nicht bekannt ist,
- die Folgen oft nur indirekt und verspätet wahrnehmbar sind,
2 1 Einleitung
- diese ein schleichender, irreversibler Vorgang mit unbestimmten Ausgang sind,
- die räumliche Verteilung häufig diffus ist.
Können Bodenkontaminationen Gesundheitsschäden ohne reale Vergiftungser
scheinungen, Toxikopie genannt, auslösen? Chemikalien sind überall, sie sind in
der Luft, im Boden, im Wasser nachzuweisen sowie in allen Nahrungsmitteln, mit
denen der deutsche Durchschnittsbüiger in jedem Jahr etwa sechs Pfund chemi
scher Zusatzstoffe zu sich nimmt (Niestroj, 1996).
Jahrelang wurde in der Öffentlichkeit besorgt die Frage diskutiert: "Wie lange
reichen unsere Rohstoff-Lagerstätten"? Aber das Ausmaß der aus Naturressourcen
industriell hergestellten bzw. freigesetzten Stoffe, ihre Dissipation in der Umwelt
sowie ihre Deposition und Akkumulation im Boden veranlaßt zunehmend folgende
Fragestellungen: Wann ist der Boden "voll"? Können Schadstoffe im Boden fest
gelegt oder gar wieder "geologisiert" werden? Wie sind Nutz- und Schutzgüter zu
sichern? Wie verhalten sich potentielle Gifte im Boden im Verlauf der Zeit und bei
Änderung der Milieubedingungen? Die reichen Gesellschaften beginnen, das Re
cycling neu zu erlernen, weil die Aufnahmekapazität der Umwelt als Senke über
lastet ist (Meadows et al., 1995).
Im Sinne des ökosystemaren Bodenschutzes und somit auch des integrierten
Umweltschutzes muß der Schutz von Böden zugleich den raumerfüllenden Schutz
aller Umweltbereiche beinhalten (lsermann, 1996). Diese Komplexität ist bei Un
tersuchungsstrategien, Bewertungen und Nutzungsableitungen zu beachten.
Unser theoretisches Verständnis über ökologische Prozeßabläufe in Landschaf
ten ist noch relativ begrenzt (Bork et al., 1995). Großräumige Umweltstudien sind
aufgrund der außerordentlichen Komplexität, Kompliziertheit, Vernetzung und
Verflechtung sowie Dynamik der ökologischen und sozioökonomischen Zusam
menhänge schwer durchzuführen bzw. zu interpretieren. Es gilt, neue Untersu
chungs-, Analyse- und Prognosetechniken bzw. -methoden zu entwickeln. Moder
ne ökologische Forschung für praktische Anwendungen muß ganzheitlich, quanti
tativ und auf die Dimensionen geographischer Raumbetrachtung bezogen sein
(Leser, 1995).
Der Erscheinung großräumiger Bodenkontaminationen ist in den geo- und um
weltwissenschaftlichen Disziplinen bisher wenig Aufmerksamkeit geschenkt wor
den. Im Rahmen der vorliegenden Abhandlung soll versucht werden, die Proble
matik möglichst umfassend darzustellen sowie methodische Aspekte und für aus
gewählte Pfade und Beispielsräume Wirkungszusammenhänge für (Schad-) Stoff
flüsse aufzuzeigen.
Zunächst muß aus Verständnisgründen begriffliche Klarheit geschaffen werden
(Kap. 2). Nachdem lange Zeit die stofflichen Bodenbelastungen vorwiegend auf
die Altlastenproblematik begrenzt wurden, setzt sich aufgrund quantitativ und
qualitativ neuer Erkenntnisse (u.a. die Dimensionen von Verunreinigungen in
Ostdeutschland) jetzt langsam die Ansicht durch, daß eine Beschränkung auf
I Einleitung 3
punktfönnige und kleinflächige Belastungen nicht mehr ausreicht (Altlasten 11,
1995).
Die allgemeine Darstellung der Ursachen, der Gefährdungsfaktoren, des
Schadstoffpotentials und der Verbreitung großräwniger Bodenkontaminationen
(Kap. 4) ist für Erkundungsansätze ebenso grundlegend wie für die Ableitung von
Vorsorge-und Sanierungsmaßnahmen.
Seit Anfang des Jahrhunderts sind weltweit über 10 Mill. chemische Verbin
dungen synthetisiert worden (Trend steigend), eine Mill. Tonnen Chemikalien
werden jährlich zu Abfällen, davon 90% in den Industriestaaten (Meadows et al.,
1995). Man ist geneigt, von einem "chemischen Zeitalter" zu sprechen. Die Pro
duktion und infolgedessen das Vorhandensein organischer (Schad-)Stoffe in der
Umwelt kann zu zwei Typen von ,,Langzeiteffekten" bei der Lebewelt fiihren: (a)
der chemischen Karzinogenität (krebserregend) und (b) der chemischen Congeni
talität (genverändemd).
Daneben ist die Kontamination von Böden mit Schwermetallen, die bei vielen
wirtschaftlichen Prozessen und bei der Abproduktbeseitigung anfallen, bedenklich,
aber auch die intensive Ausbringung von Stickstoff- und Phosphatdüngem. Die
Ursachen für das heutige Ausmaß der anthropogen bedingten stofflichen Bodenbe
lastungen sind in der Lebens- und Wirtschaftsweise des Menschen insgesamt und
in der Art und Weise des Umgangs mit den natürlichen Ressourcen zu suchen.
Die potentiell gefährdetsten Gebiete konzentrieren sich
- um Industrie- und/oder Bergbauzentren (Metall- und Chemiewerkel Hütten und
Halden),
- auf landwirtschaftliche Flächen (Intensivbewirtschaftung, Biozid-, Gülle-, Klär-
schlanunausbringung),
- im Bereich von Ballungsräumen (Verkehr, Industrie, Siedlung, Deponien).
Ein Hauptproblem stellt neben stofflichen und räumlichen Interferenzen nicht
selten die Kombination von diffusen Verteilungen der Bodenbelastung mit klein
flächigen oder punktuellen Belastungszentren dar. Schließlich ist zu beachten, daß
großräwnige Bodenkontaminationen mit minderen Schadstofikonzentrationen ein
durchaus emstzunehmendes Geflihrdungspotential darstellen (Kacsoh, 1992).
Das heutige Ausmaß von Bodenkontaminationen ist in europäischen Industrie
Agrarländern weltweit am bedrohlichsten, während in den meisten anderen Regio
nen Nährstoffverlust und Versalzung die Hauptproblembereiche chemischer Bo
denveränderungen darstellen (Tabelle 1). Die Angaben für Nordamerlka dürften in
dieser Zusanunenstellung von Oldeman et al. (1991) im Auftrag des UN
Umweltprogranuns (UNEP) allerdings nicht den Tatsachen entsprechen; zumin
dest sind keine Anmerkungen zum Erhebungsschlüssel gemacht.