Hintergrundwerte für Spurenelemente in Unterböden · J. Utermann, O. Düwel & M. Fuchs 2. Sächsisch-Thüringische Bodenschutztage, Juni 2007 Hintergrundwerte für Spurenelemente

J. Utermann, O. Düwel & M. Fuchs

2. Sächsisch-Thüringische Bodenschutztage, Juni 2007

Hintergrundwerte für Spurenelemente in Unterböden

– Ausmaß geogen erhöhter Gehalte aus länderübergreifender Sicht –

Jens Utermann, Olaf Düwel & Michael Fuchs



Inhalt:

Einleitung: Hintergrund/Fragestellungen

Datenbasis, konzeptionelles Vorgehen

Fazit

Hintergrundwerte in Unterböden/Untergrund

Geogen

erhöhte Hintergrundgehalte



Hintergrund:

►

Überarbeitung der Bundes-Bodenschutz-

& Altlastenverordnung

►

Erarbeitung einer Bundes-Verwertungsverordnung

Fragestellungen:Gelten die Vorsorgewerte nach Anhang 2 BBodSchV auch für Unterböden/Untergrund?

In welchem Umfang/bei welchen Elementen ist aus bundesweiter Sicht mit naturbedingt (geogen) erhöhten Gehalten zu rechnen?

Wie wirkt sich die beabsichtigte Ausweisung von Vorsorgewerten für weitere Elemente, insb. As & Tl aus?

Einleitung



Boden Cd Pb Cr Cu Hg Ni Zn As* Tl*

Ton 1,5 100 100 60 1 70 200 20 1,5

Lehm/Schluff 1 70 60 40 0,5 50 150 15 1,5

Sand 0,4 40 30 20 0,1 15 60 10 1Böden mit natur-

bedingt erhöhten Hintergrundge-

halten

unbedenklich, soweit eine Freisetzung der Schadstoffe oder zusätzliche Einträge nach § 9 Abs. 2 … dieser Verordnung keine nachteiligen Auswirkungen auf die Bodenfunktionen erwarten lassen

►

Vorsorgewerte gemäß Anhang 2 (Nr. 4.1) BBodSchV (alle Angaben in [mg/kg TM]):

Einleitung

* Derzeit diskutierte zusätzliche Vorsorgewerte für eine novellierte BBodSchV



12 Gruppen von Bodenausgangsgesteinen

Untergrund

AbreicherungAnreicherung

Lockergesteine FestgesteineSiedlungs-struktur

Landnutzung

• Acker• Grünland• Forst

• ländl. Raum• urbaner Raum > 25 % < 25 %

Lössgehalt

12 Gruppen von Bodenausgangsgesteineninkl. weiterer Untergruppen

UnterbödenOberböden



Untergrund

AbreicherungAnreicherungAbreicherungAnreicherung

LockergesteineLockergesteine FestgesteineFestgesteineSiedlungs-struktur

Siedlungs-struktur

LandnutzungLandnutzung



• ländl. Raum• urbaner Raum• ländl. Raum• urbaner Raum > 25 % < 25 %

Lössgehalt

> 25 % < 25 %

Lössgehalt



UnterbödenOberböden

Flächenrepräsentative, homogene Stichproben:►

Übereinstimmung im Bodenausgangsgestein/Landnutzung►

Übereinstimmung in der Häufigkeitsverteilung der Bodentypen/-arten►

Minimaler Stichprobenumfang n ≥

20 ►

Ausreißer bereinigte, (log-) normalverteilte

Stichproben




Bodenausgangsgesteine►

Terrassen-/Schotterablagerungen ►

Sande►

Geschiebemergel/lehme

mit sandiger Deckschicht

►

Geschiebelehme/-mergel►

Lösse►

Sandlösse ►

Carbonatgesteine (UB: Kalk-/Mergelgesteine vs. Terra Fusca)

►

Tongesteine (UB: Tongesteine vs. Lias)►

Sandsteine ►

Basische Magmatite

& Metamorphite

(UB: Ultra-

basische vs. basische vs. intermediäre M & M)►

Bimstuff ►

Saure Magmatite

& Metamorphite

(UB: Granite & Rhyolithe

vs. Gneise vs. Glimmerschiefer)►

Moore

-

Auensedimente-

Sedimente im Gezeitenbereich




Was sind „naturbedingt erhöhte Elementgehalte“?

Stoffgehalte, die naturbedingt ( Unterböden/Untergrund) die Vorsorgewerte nach Anhang 2 BBodSchV deutlich (> 10 %) überschreiten

Vorsorgewerte:►

stratifiziert nach Bodenarten (Sand, Lehm/Schluff, Ton)

Hintergrundwerte:►

stratifiziert nach Boden- ausgangsgesteinen

(BAG)

?

►

(Flächen-) dominierende Bodenart (-hauptgruppe) in den jeweiligen BAG-Einheiten (Punkt-in-Polygon-Analyse)

►

Vergleich der Hintergrundwerte (90. Perzentilwerte) mit Vorsorgewerten der dominierenden Bodenart




►

Anteil der Feinbodenarten [%] der Einzelproben an den Bodenarten-

hauptgruppen

in Böden aus ver-

schiedenen

Gruppen von Bodenaus-

gangsgesteinen

Zuweisungsschlüssel Bodenarten - BAG

Datenbasis, konzeptionelles VorgehenBoden-

ausgangs-gesteins-gruppe

(BAG)Tone ? Schluffe

& Lehme Sande

Sedimente im OB 49 47 4 tGezeiten- UB 51 34 16 t

bereich UG nb nb nb --Auen- OB 16 60 25 u / l

sedimente UB 15 51 34 u / lUG 5 44 51 s

Fluss- und OB 5 59 36 u / lSchotterab- UB 11 39 51 slagerungen UG 8 21 71 sSande (und OB 2 18 80 s

sandige Deck- UB 5 21 75 sschichten) UG 8 10 82 s

OB 0 10 90 sUB 6 23 71 sUG 0 24 76 sOB 7 58 35 u / lUB 17 63 21 u / lUG 18 41 41 u / l

Lösse OB 10 82 8 u / lUB 23 65 12 u / lUG 22 61 18 u / l

Sandlösse OB 1 76 23 u / lUB 0 59 41 u / lUG 5 12 82 s

Carbonat- OB 28 59 13 u / lgesteine UB 49 41 10 t

UG 34 51 15 u / lTongesteine OB 9 83 8 u / l

UB 18 74 8 u / lUG 16 67 17 u / l

Sand- OB 7 47 46 u / lsteine UB 9 47 44 u / l

UG 5 39 56 sBasische Mag- OB 15 81 4 u / l

matite und UB 20 72 7 u / lMetamorphite UG 6 64 30 u / l

Geschiebe- mergel/-lehm

Anteil der Bodenarten (%) der Einzelproben an den

Bodenartenhauptgruppen

Dominierende Bodenartenhaupt-

gruppe

Geschiebe-mergel/-lehm mit Decksch.

Profil-bereich



Abb.: 90. Perzentilwerte

von Cd, Cr, Cu & Ni in Unterböden/Untergrund über Festgesteinen

CST: Carbonatge-

steine

TF: Terra Fusca

TST: Tongesteine

TSTa: Lias-Tonsteine

SST: Sandsteine

BMM: Basische Mag-

matite/Metamorphite

SMM: Saure Mag-

matite/Metamorphite

SMa: Saure Magma-

tite

SMe: Saure Meta-

morphite

GS: Glimmerschiefer

0

50

100

150

200

250

300

CST TFTSTTSTa

SSTBMMSMaSMe GS

Cr

[mg/

kg]

0102030405060708090

100

CST TFTSTTSTa

SSTBMMSMaSMe GS

Cu

[mg/

kg]

050

100150200250300350400

CST TFTSTTSTa

SSTBMMSMaSMe GS

Ni [

mg/

kg]

00,5

11,5

22,5

33,5

CST TFTSTTSTa

SSTBMMSMaSMe GS

Cd

[mg/

kg]

Unterboden (>25% Löss)Unterboden (=25% Löss)UntergrundVorsorgewert Lehme/SchluffeVorsorgewert Tone

Hintergrundwerte in Unterböden/Untergrund (1)



050

100150200250300350400

CST TFTSTTSTa

SSTBMMSMaSMe GS

Zn [m

g/kg

]Hintergrundwerte in Unterböden/Untergrund (2)

0

0,5

1

1,5

2

CST

TST

SST

BMM

SMM

Tl [m

g/kg

]

0

50

100

150

200

250

CST TFTSTTSTa

SSTBMMSMaSMe GS

Pb [m

g/kg

]

CST: Carbonatge-

steine

TF: Terra Fusca

TST: Tongesteine

TSTa: Lias-Tonsteine

SST: Sandsteine

BMM: Basische Mag-

matite/Metamorphite

SMM: Saure Mag-

matite/Metamorphite

SMa: Saure Magma-

tite

SMe: Saure Meta-

morphite

GS: Glimmerschiefer

Abb.: 90. Perzentilwerte

von Pb. Zn, As & Tl in Unterböden/Untergrund über Festgesteinen

0102030405060708090

100

CST

TST

SST

BMM

SMM

As

[mg/

kg]

Unterboden UntergrundVorsorgewert Lehme/SchluffeVorsorgewert Tone



Bodenausgangsgesteine mit geogen erhöhten Hintergrundgehalten

-potenzieller Flächenanteil-

BAG-LE Elemente Potenzieller Flächenanteil

Kalkgesteine As ca. 7,9 %

- Terra Fusca Cd, Cr, Cu, Ni, Zn (ca. 2,2 %)

Tongesteine As, Ni ca. 12 %

- TST-Lias Cd, Cr, Cu, Ni, Pb, Zn (<< 1 %)

Basische

Magma-

tite

& Metamorphite Cu, Cr, Ni, Zn ca. 1,2 %

Saure Magmatite

& Metamorphite As ca. 5,5 %

- Saure Metamorphite Cu, Ni(ca. 2,2 %)

- Glimmerschiefer Cr, Cu, Ni, Zn

∑ ca. 27 %

Geogen




Basische Magmatite & Metamorphite: Überschreitungshäufigkeit von Vorsorgewerten für Elemente mit geogen

erhöhten Gehalten in Unterböden/Untergrund

0.6 0.8 1.0 1.2 1.4 1.6 1.8 2.0 2.2 2.4 2.6 2.80

5

10

15

20

25

Cr - BMM

Häu

figke

iten

[%]

log Cr [mg/kg]

66 %

1.2 1.4 1.6 1.8 2.0 2.2 2.40

5

10

15

20

25

30

35

40

Häu

figke

iten

[%]

log Zn [mg/kg]

11 %

Zn - BMM

1.0 1.2 1.4 1.6 1.8 2.0 2.2 2.4 2.6 2.80

5

10

15

20

25

Ni - BMM

Häu

figke

iten

[%]

log Ni [mg/kg]

77 %

-0,2 0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 1,2 1,4 1,6 1,8 2,0 2,2 2,40

5

10

15

20

25

30Cu - BMM

Häu

figke

iten

[%]

log Cu [mg/kg]

56 %

Geogen




Carbonatgesteine (+ Terra Fusca): Überschreitungshäufigkeit von Vorsorgewerten für Elemente mit geogen


0.8 1.0 1.2 1.4 1.6 1.8 2.0 2.2 2.4 2.6 2.80

5

10

15

20

25 Zn - KST-TF

Häu

figke

iten

[%]

log Zn [mg/kg]

32 %

0.6 0.8 1.0 1.2 1.4 1.6 1.8 2.0 2.2 2.40

5

10

15

20

25

30Cr - KST-TF

Häu

figke

iten

[%]

log Cr [mg/kg]

15 %0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2 1.4 1.6 1.8 2.0

0

5

10

15

20

25

30 Cu - KST-TF

Häu

figke

iten

[%]

log Cu [mg/kg]

26 %

0.6 0.8 1.0 1.2 1.4 1.6 1.8 2.0 2.2 2.40

5

10

15

20

25

30 Ni - KST-TF

Häu

figke

iten

[%]

log Ni [mg/kg]

58 %

0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 1,2 1,4 1,6 1,8 2,00

5

10

15

20

25

15 %

As - KST

log As [mg/kg]

Häu

figke

iten

[%]

Geogen




Saure Magmatite & Metamorphite: Überschreitungshäufigkeit von Vorsorgewerten für Elemente mit geogen


0.4 0.6 0.8 1.0 1.2 1.4 1.6 1.8 2.00

5

10

15

Ni - SMe

Häu

figke

iten

[%]

log Ni [mg/kg]

11 %

0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2 1.4 1.6 1.8 2.0 2.20

5

10

15

20

25

30 Cu - SMe

Häu

figke

iten

[%]

log Cu [mg/kg]

16 %

0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 1,2 1,4 1,6 1,8 2,0 2,20

2

4

6

8

10

12

14

16

18

45 %

log As [mg/kg]

As - SMM

Häu

figke

iten

[%]

Geogen




Glimmerschiefer: Überschreitungshäufigkeit von Vorsorgewerten für Elemente mit geogen


1.0 1.2 1.4 1.6 1.8 2.0 2.20

5

10

15

20

25

30Cr - GS

Häu

figke

iten

[%]

log Cr [mg/kg]

11 %

1.0 1.2 1.4 1.6 1.8 2.00

5

10

15

20

Ni - GS

Häu

figke

iten

[%]

log Ni [mg/kg]

22 %

1.0 1.2 1.4 1.6 1.80

5

10

15

20 Cu - GS

Häu

figke

iten

[%]

log Cu [mg/kg]

18 %

1.2 1.4 1.6 1.8 2.0 2.2 2.40

5

10

15

20

25 Zn - GS

Häu

figke

iten

[%]

log Zn [mg/kg]

15 %

Geogen




Tongesteine/Lias-Tonstein: Überschreitungshäufigkeit von Vorsorgewerten für Elemente mit geogen


0.8 1.0 1.2 1.4 1.6 1.8 2.0 2.20

5

10

15

20 Ni - TST

Häu

figke

iten

[%]

log Ni [mg/kg]

30 %

1.4 1.6 1.8 2.0 2.2 2.4 2.6 2.8 3.0 3.20

5

10

15

20

25

30

35

40 Zn - Lias-TST

Häu

figke

iten

[%]

log Zn [mg/kg]

23 %

0.6 0.8 1.0 1.2 1.4 1.6 1.8 2.0 2.2 2.40

5

10

15

20

25

30

35

Cu - Lias-TSTH

äufig

keite

n [%

]

log Cu [mg/kg]

31 %

0.8 1.0 1.2 1.4 1.6 1.8 2.0 2.2 2.4 2.6 2.80

5

10

15

20

25

30 Ni - Lias-TST

Häu

figke

iten

[%]

log Ni [mg/kg]

57 %

0.6 0.8 1.0 1.2 1.4 1.6 1.8 2.0 2.2 2.4 2.6 2.8 3.0 3.20

5

10

15

20

25

30 Pb - Lias-TST

Häu

figke

iten

[%]

log Pb [mg/kg]

32 %

-1,0 -0,5 0,0 0,5 1,0 1,50

5

10

15

20

25

30

As - TST

21 %

log As [mg/kg]

Häu

figke

iten

[%]

Geogen




Bodenausgangsgesteine mit geogen erhöhten Hintergrundgehalten

- effektiver Flächenanteil-

BAG-LE Elemente effektiver Flächenanteil

Kalkgesteine As ca. 1,2 %

- Terra Fusca Cd, Cr, Cu, Ni, Zn ca. 1,3 %

Tongesteine As, Ni ca. 3,6 %

- TST-Lias Cd, Cr, Cu, Ni, Pb, Zn << 1 %

Basische

Magma-

tite

& Metamorphite Cu, Cr, Ni, Zn ca. 0,9 %

Saure Magmatite

& Metamorphite As ca. 2,5 %

- Saure Metamorphite Cu, Nica. 0,5 %

- Glimmerschiefer Cr, Cu, Ni, Zn

∑ ca. 8,3 %

Geogen




Fazit:►

Vergleiche der Hintergrundwerte für Spurenelemente in Böden mit den Vorsorgewerten der BBodSchV

belegen naturbedingt (geogen)

erhöhte Gehaltei.

ausschließlich für Böden über Festgestein,

ii.

mit einem bundesweiten Flächenanteil < 10 %.

►

Von den bisher im Anhang 2 Nr. 4.1 BBodSchV

geregelten Elemen- ten

(Cd, Cr, Cu, Pb, Ni, Zn) zeigt Ni die häufigsten und höchsten

Überschreitungen von Vorsorgewerten.

►

Im Falle der Ausweisung zusätzlicher Vorsorgewerte für As und Tl sind bei dem derzeit diskutierten Werteniveau naturbedingt erhöhte Gehalte ausschließlich für As und hier insbesondere bei sauren Magmatiten

und Metamorphiten

zu erwarten.

Fazit



►

an die Daten bereitstellenden Institutionen der Länder

►

den Ausrichtern der Tagung für die Möglichkeit zu diesem Thema zu referieren

► Ihnen für Ihre Aufmerksamkeit & Geduld

Dank

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Hintergrundwerte für Spurenelemente in Unterböden · J. Utermann, O. Düwel & M. Fuchs 2. Sächsisch-Thüringische Bodenschutztage, Juni 2007 Hintergrundwerte für Spurenelemente