Projekte

EMPOP-Projekt

Projektmittel

Monitoring neuartiger Schadstoffe im Bayerischen Alpenraum (EMPOP)

Kurzbeschreibung

Persistente organische Schadstoffe (POP) stellen ein globales Problem für Umwelt und Mensch dar. Bei den POP handelt es sich überwiegend um anthropogene Verbindungen wie Pflanzenschutzmittel (z.B. DDT) und Industriechemikalien (z.B. PCB). Daneben umfassen sie auch eine Vielzahl unerwünschter Nebenprodukte, die bei Produktions- und Verbrennungsprozessen entstehen (z.B. Dioxine). Zu letzteren zählen u.a. Hausbrand, Müllverbrennung, Waldbrände aber auch der Verkehr. Aufgrund ihres Potentials zum atmosphärischen Ferntransport und ihrer Langlebigkeit werden POP weltweit verbreitet und fern ihrer Entstehungsquelle akkumuliert (z.B. in der Antarktis).

Die 2001 verabschiedete und 2004 in Kraft getretene Stockholm Konvention erkennt die POP als globale Risiken für Umwelt und Gesundheit an. Sie regelt zudem die Maßnahmen zum Verbot bzw. zur Einschränkung der Produktion und Verwendung bestimmter POP. Seit Verabschiedung des sogenannten "dreckigen Dutzends" – die Organochlorpestizide Aldrin, Chlordan, DDT, Dieldrin, Endrin, Heptachlor, Hexachlorbenzol, Mirex, Toxaphen, die Industriechemikalien polychlorierte Biphenyle, die als Nebenprodukte entstehenden polychlorierten Dibenzo-p-dioxine und Dibenzofurane – wurde die Stoffliste 2009, 2011 und 2013 um weitere Schadstoffe ergänzt. Weitere Verbindungen sind in der Kandidatenliste der besonders besorgniserregenden Substanzen von REACH aufgeführt.

Zu den neuartigen POP, den sogenannten "emerging" POP (EMPOP), zählen u.a. Vertreter der polybromierten und -chlorierten Flammschutzmittel, die perfluorierten Tenside, die Fluortelomeralkohole und die Isomere des Organochlorpestizids Endosulfan sowie dessen Hauptmetabolit Endosulfansulfat. Diese z.T. giftigen Substanzen werden u.a. über die Luft, möglicherweise aber auch durch den Abrieb imprägnierter Wintersportbekleidung und z.B. gewachsten Wintersportgeräten in den Schnee eingetragen. So können sie in den (Oberflächen)Abfluss bzw. in das Grundwasser und über das Trinkwasser auch in die Nahrungskette gelangen.

Vorkommen und Deposition dieser neuartigen POP sind in Bayern größtenteils unbekannt. Frühere Untersuchungen im bayerischen Alpenraum haben jedoch gezeigt, dass organische Schadstoffe im kälteren und niederschlagsreicheren Höhenklima vermehrt deponiert und nur sehr langsam wieder ausgetragen werden. Dadurch kann eine Anreicherung dieser Stoffe stattfinden. Die Belastung hochalpiner Quellwässer mit etablierten und neuartigen POP ist ebenfalls weitestgehend unbekannt. Hinzu kommt, dass durch den Klimawandel bedingte Auswirkungen wie das Abschmelzen bzw. Abtauen der Gletscher und der hochalpinen Permafrostbereiche der inneren geologischen Formationen auf die Belastung von Quellwässern oder des oberflächennahen Grundwassers mit POP nicht bekannt bzw. kaum untersucht sind.

In den Vorgängerprojekten MONARPOP und POPALP wurden bereits Immissions- und Depositions-messungen für die etablierten POP an der Umweltforschungsstation (UFS) Schneefernerhaus auf der Zugspitze durchgeführt. Dazu zählen Organochlorpestizide (OCP), polychlorierte Biphenyle (PCB), polychlorierte Dibenzo-p-dioxine und Dibenzofurane (PCDD/F), polyzyklische aromatische Kohlenwasserstoffe (PAH) und die zu den Flammschutzmitteln gehörenden polybromierten Diphenylether (PBDE). Im Rahmen von POPALP wurde zudem eine Messstelle an der Grenzfläche zwischen Permafrost und Niederschlagspenetration im Zugspitzstollen (Tunnelsystem der UFS Schneefernerhaus) etabliert und für Quellwasseruntersuchungen kontinuierlich beprobt.

Zielsetzung

Im Rahmen des nun abgeschlossenen EMPOP-Projektes wurden Vorkommen, Hintergrundbelastung, Eintrag und Austrag neuartiger POP an der UFS Schneefernerhaus und seiner Umgebung untersucht. Sie gelangen u.a. als Flammschutzmittel (polybromierte und polychlorierte Verbindungen), durch neuartige Materialien oder den Skitourismus (per- und polyfluorierte Tenside) in die Umwelt. Neben den bereits installierten Luft- und Depositionssammlern wurde ein weiterer spezieller Sammler für das Monitoring von Flammschutzmitteln eingesetzt.

Ziel war es außerdem, Methoden zur Probenahme und Analytik der neuartigen Stoffgruppen zu entwickeln, optimieren und etablieren. Die zu untersuchenden neuartigen POP umfassen "neuartige" polybromierte Flammschutzmittel wie Hexabromcyclododecan (HBCD), Hexabrombenzol (HBB), Decabromdiphenylethan (DBDPE) und 1,2-Bis-(2,4,6-tribromphenoxy)ethan (BTBPE) sowie die beiden Isomere des polychlorierten Flammschutzmittels Dechloran Plus (syn und anti). Des Weiteren wurden perfluorierte Carbon- und Sulfonsäuren (perfluorierte Tenside, PFT), semiflüchtige Fluortelomer-alkohole (FTOH) sowie das OCP Endosulfan und dessen Hauptmetaboliten Endosulfansulfat in das Untersuchungsspektrum aufgenommen.

Die Immissions- und Depositionsmessungen sowie die Quellwasseruntersuchungen im Tunnelsystem der Zugspitze wurden für die etablierten POP weitergeführt und das Substanzspektrum um die neuartigen POP erweitert. Parallel dazu wurde eine Messstelle für Quellwasseruntersuchungen im Reintal (Partnachursprung) etabliert.

Die Ergebnisse im Abschlussbericht sowie eine Zusammenfassung sind in der rechten Spalte abrufbar.

Für die Untersuchungen bot sich das Zugspitzgebiet an, da dort die hydrologischen Verhältnisse und die Versickerung bekannt sind. So ist eine Unterscheidung des Einflusses lokaler Schadstoffquellen vom Ferntransport (Hintergrundbelastung) möglich.

Untersuchungsprogramm (März 2012 bis November 2013)

UFS Schneefernerhaus (Zugspitze):

  • trajektorienabhängige Immissionsmessungen mit High-Volume-Sammlern zur Ableitung der Herkunft der Luftmassen für etablierte POP und Ausdehnung auf neuartige POP
  • Installation eines Einkanal-Low-Volume-Sammlers für trajektorienunabhängige Immissionsmessungen von Flammschutzmitteln (etablierte und neuartige POP)
  • Weiterführung der Depositionsmessungen für etablierte POP und Ausdehnung auf neuartige POP
  • Referenzmessungen des Quellwassers im Tunnelsystem der Zuspitze (Zugspitzstollen) auf etablierte POP und Endosulfansulfat (aktive Probenahme)
  • passive Probenahme auf OCP im temporären Zugspitzsee (Zugspitzplatt) mit sogenannten Virtuellen Organismen auf Basis von semipermeablen Polyethylenmembranen (SPMD)

Vergleichsuntersuchungen im Gelände (Partnachursprung)

  • Entwicklung einer Methodik zur Erfassung von POP in Quellwässern im (schwer zugänglichen) Gelände mittels Durchflusskartuschen
  • Untersuchung des Quellwassers auf etablierte und neuartige POP
  • Beprobung des Quellwassers mit Passivsammlern, sogenannten Virtuellen Organismen auf Basis von semipermeablen Polyethylenmembranen (SPMD)

Projektleitung

Bayerisches Landesamt für Umwelt, Ref. 16

Projektbeteiligte

Helmholtz Zentrum München (HMGU)
Bayerisches Landesamt für Umwelt Ref. 16 und 74

Projektfinanzierung

Bayerisches Staatsministerium für Umwelt und Verbraucherschutz

Laufzeit

2011 bis 2014

POPAlp-Projekt

Projekttitel

Persistente organische Schadstoffe (POP) im Alpenraum.

Kurzbeschreibung und Zielsetzung

Persistente organische Schadstoffe (Persistent Organic Pollutants – POP) stellen ein globales Problem für Umwelt und Mensch dar, weil sie sich langfristig in der Umwelt anreichern und diese und den Menschen nachhaltig schädigen können. Durch die Unterzeichnung des Aarhus-Protokolls 1998 und der Stockholmer Konvention 2001 (in Kraft seit 2004) wurden die POP international als globale Risiken für Umwelt und Gesundheit anerkannt. Bei diesen Stoffen handelt es sich um Pestizide, Industriechemikalien und unerwünscht entstehende Nebenprodukte aus Verbrennungs- und Produktionsprozessen. POP können durch atmosphärischen Ferntransport weltweit verbreitet werden und fernab ihrer Entstehungsorte akkumulieren. Gerade in kalten Klimaten mit Eis und Schnee reichern sich diese Stoffe durch den Prozess der kalten Kondensation an. Über Eintrag, Umsetzung und Verbleib von POP in europäischen Ökosystemen ist vergleichsweise wenig bekannt. Allgemein gelten Waldökosysteme aufgrund des Effekts der Kronenfilterung als bedeutende Senken für POP.

Im POP-Alp Projekt wurden das Ausmaß und die Bedeutung des Ferntransportes von POP für den bayerischen Alpenraum, die höhenabhängige Deposition und deren erneute Freisetzung durch Auftauen bisheriger Permafrostgebiete, bedingt durch den Klimawandel, untersucht.

Die Belastung hochalpiner Quellwässer mit persistenten organischen Schadstoffen (POP) ist weitestgehend unbekannt. Hinzu kommt die durch den Klimawandel eingeleitete Abschmelzung der Gletscher und auch der hochalpinen Permafrostbereiche der inneren geologischen Formationen. Ziel derartiger Untersuchungen sind die Erfassung der POP in Quell- und Schmelzwässern im Ultraspurenbereich. Dazu wurde eine spezielle Probenahmeeinrichtung entwickelt und validiert, die es erlaubt, Wässer integrativ über längere Zeiträume von bis zu 6 Monaten mit Volumina bis zu 100 m3 zu beproben. Die Zugspitze mit dem angeschlossenen Tunnelsystem an die Umweltforschungsstation Schneefernerhaus wurde hier als geeignet identifiziert. An der Grenzfläche zwischen Permafrost und Niederschlagspenetration wurden zwei Messstellen etabliert, von denen eine seit September 2009 kontinuierlich beprobt werden konnte.

Die untersuchten Standorte liegen im Zugspitzgebiet an der Umweltforschungsstation Schneefernerhaus und im Nationalpark Berchtesgaden, fernab von unmittelbaren Quellen solcher Stoffe.

Im Zugspitzgebiet wurden die Immission (= partikel- und gasförmiger Stoffeintrag über den Luftpfad) und die Deposition (= partikelförmiger und in Wasser gelöster Stoffeintrag über trockene und nasse Niederschläge) der Schadstoffe untersucht. Im Nationalpark Berchtesgaden wurden Fichtennadeln und Bodenproben analysiert. Bei den untersuchten Stoffen handelt es sich um polychlorierte Biphenyle (PCB), polychlorierte Dibenzodioxine und –furane (PCDD/F), verschiedene Organochlorpestizide (OCP), polyzyklische aromatische Kohlenwasserstoffe (PAK) und die zu den Flammschutzmitteln gehörenden polybromierten Diphenylether (PBDE).

Die wichtigsten Ergebnisse

Bei den Immissionsmessungen zeigten die Konzentrationen an PCDD/F und PCB einen abnehmenden Trend über den gesamten Messzeitraum für alle Herkunftsgebiete. Nur bei den Luftmassen aus Nordost wurden zunehmende Gehalte an PCDD/F festgestellt. Auch wurden aus dieser Richtung die höchsten PCB-Konzentrationen ermittelt. Bei den PAK wurde ein geringer bis deutlicher Trend über den gesamten Messzeitraum zu höheren Immissionen festegestellt. Eine Abnahme konnte bei den OCP aus allen Herkunftsgebieten beobachtet werden. Nur zeigte sich für HCB aus Nordost und Nordwest eine Zunahme der mittleren Immissionskonzentration.

Die Depositionsraten von PCDD/F waren im Winter höher als im Sommer, insgesamt ist ein abnehmender Trend über den gesamten Messzeitraum erkennbar. Bei den PCB-Gehalten ist über den gesamten Messzeitraum kein signifikanter zeitlicher Trend für die Depositionsraten einzelner PCB-Kongenere erkennbar. Für die meisten PCB werden an der UFS im Sommer höhere Raten beobachtet als im Winter. Die Depositionsraten von DDT lagen im Sommer höher als im Winter. Für die OCP insgesamt wurden keine einheitlichen Trends gefunden. Bei den PBDE (Polybromierte Diphenylether) waren über den gesamten Messzeitraum zunehmende Depositionsraten erkennbar.

Bislang konnte an den Quellwässern festgestellt werden, dass die hier untersuchten POP mit dem Perkolat durch das klüftige anstehende Kalksteinmassiv transportiert werden. Die beobachteten Transportphänomene der einzelnen Chemikalien basieren vorwiegend auf deren physikalisch-chemischen Eigenschaften. Jedoch werden selbst die schwer wasserlöslichen Chemikalien im Quellwasser gefunden, wobei hier auch Hinweise auf einen Transport in adsorbierter Phase gegeben sind. Vor dem Hintergrund der Klimaänderung konnte der Einfluss des Permafrostkörpers auf die Quellwasserqualität in der vorliegenden Untersuchungsperiode noch nicht herausgearbeitet werden.

Fichtennadeln erweisen sich als geeignete Bioindikatoren für alle POP. Sie können auch in Gebieten mit fehlender Infrastruktur für aktive Luftmessungen gesammelt werden. Abhängig von der Substanzgruppe zeigten viele POP in den Konzentrationen eine Höhenabhängigkeit. Bei einigen PAK war eher eine U-Verteilung erkennbar, also hohe Konzentrationen im Tal, niedrige in mittleren Höhen und ein leichter Anstieg bei den oberen Standorten. Dagegen zeigte sich bei den OCP und den PCB eher eine Zunahme der Konzentration mit steigender Höhe.

Die Humusschicht und der obere Mineralboden stellen in Ökosystemen den größten ökosystemaren Speicher für POP dar. Im Vergleich zu früheren Messungen (von 2005 – 2007) sind die POP-Konzentrationen eher gestiegen, da die Akkumulation von POP in den oberen Bodenschichten durch den Streueintrag und den vor allem in höheren Lagen verlangsamten Abbau erhöht ist.

Fazit

Die Ergebnisse aus POPALP zeigen einen umfassenden Überblick über die derzeitige Belastungssituation insbesondere der Nordalpen in Bezug auf persistente organische Schadstoffe. Zukünftige Untersuchungen sind von großer Bedeutung um lokale Quellen von globalem Ferntransport unter Berücksichtigung spezifischer Quellenarten (z.B. Vulkanausbrüche, Waldbrände) zu unterscheiden. Weiterhin ist eine Ausweitung des Analysenspektrums auf neuartige POP entsprechend der Stockholmer Konvention sinnvoll um der aktuellen Problematik Rechnung zu tragen.

Es besteht ein andauernder Eintrag ferntransportierter persistenter Schadstoffe in hochalpine Standorte, der auch die darunterliegenden Grundwassersysteme beeinflusst. Die Konzentrationen in den Perkolaten sind zwar niedrig, jedoch bedarf dieser Befund besonderer Aufmerksamkeit durch längerfristige Untersuchungen derartiger stark bioakkumulierender Stoffe zum Schutz der Wasserressourcen. Parallel dazu erlauben längerfristige Untersuchungen an den Quellwasserstandorten auch Erkenntnisse zum Einfluss des Klimawandels auf die Dynamik und Stabilität des dort vorliegenden Permafrostkörpers.

Projektleitung

Bayerisches Landesamt für Umwelt

Projektdurchführung und Konzeption:

Helmholtzzentrum München

Projektfinanzierung:

Bayerisches Staatsministerium für Umwelt und Verbraucherschutz

Laufzeit

2008 bis 2010

Pilotprojekt Umweltmonitoring Bayern - Salzburg

Projekttitel

INTERREG IIIa-Pilotprojekt: Umweltmonitoring Bayern-Salzburg - Grenzüberschreitende Kooperation im Bereich der Luftschadstoffindikation.

Kurzbeschreibung und Zielsetzung

Luftschadstoffe kennen keine Grenzen. Die Länder Bayern und Salzburg bauen im Rahmen eines Pilotprojektes eine grenzüberschreitende Kooperation bei der Erfassung luftgetragener Schadstoff-Immissionen auf.

Der Verkehr zählt zu den Hauptverursachern der Schadstoff- und Lärmbelastung, des Energiebedarfs sowie der Treibhausgasemissionen. Gerade die gemeinsame Grenzregion liegt im Brennpunkt wachsender Verkehrsströme zwischen Nord und Süd sowie Ost und West. Gemessen wurden unter anderem die Anreicherung von Schwermetallen und Polyzyklischen Aromatischen Kohlenwasserstoffen (PAK) in der standardisierten Graskultur.

Ziel des Projektes ist, die Auswirkungen des Verkehrsaufkommens auf die Luftqualität im Bereich der Verkehrswege entlang des "Deutschen Ecks" zu erheben.

Projektbeteiligte

  • Land Salzburg, Abteilung 16, Umweltschutz
  • Bayerisches Landesamt für Umwelt
  • Gemeinden aus Bayern und Salzburg

Projektleitung

Land Salzburg, Abteilung 16, Umweltschutz
Bayerisches Landesamt für Umwelt, Ref. 16

Laufzeit

Januar 2007 bis Januar 2008

Biomonitoring von Schadstoffwirkungen an einem bayerischen Stahlwerk

Projekttitel

Biomonitoring Lech-Stahlwerke 2007 - 2008

Kurzbeschreibung und Zielsetzung

Reichern sich im Umfeld eines Stahlwerkes über den Luftpfad Schwermetalle und organische Stoffe in Pflanzen an?
Das LfU führte in den Jahren 2007 und 2008 in der Umgebung eines bayerischen Stahlwerkes ein Monitoring von Schadstoffanreicherungen (Biomonitoring) über standardisierte Gras- und Grünkohlkulturen durch. Ergänzt wurde das Biomonitoring durch die Messung des Staubniederschlages und die Deposition von Metallen. Das Monitoring sollte Informationen über die Anreicherung von Metallen und organischen Stoffen in Pflanzen sowie über die Belastung mit Staubniederschlag liefern. Für das Monitoring wurden insgesamt 9 Messpunkte in der Umgebung des Stahlwerkes eingerichtet.

Projektleitung

Bayerisches Landesamt für Umwelt, Referate 16 und 21

Projektbeteiligte

Bayerisches Landesamt für Umwelt, Referate 16, 21, 72, 74 und 76

Laufzeit

Mai 2007 bis Dezember 2008

Schredderanlagen und Abfalldeponien – relevante Sekundärquellen für dioxinähnliche PCB und verwandte persistente Schadstoffe

Projekttitel

Schredderanlagen und Abfalldeponien – relevante Sekundärquellen für dioxinähnliche PCB und verwandte persistente Schadstoffe

Kurzbeschreibung und Zielsetzung

Als sogenannte Sekundärquellen für polychlorierte Biphenyle (PCB) und verwandte persistente Schadstoffe kommen prinzipiell Orte in Frage, an denen Materialien, Produkte und Abfälle, die solche Schadstoffe enthalten, bearbeitet bzw. gelagert werden.
In diesem Projekt wird bei drei Schredderanlagen mit unterschiedlicher verfahrenstechnischer Ausstattung durch aktives Biomonitoring mit standardisierten Weidelgraskulturen auf dem Gelände der Anlagen und in verschiedenen Entfernungen die Immissionssituation für Schwermetalle und persistente organische Schadstoffe (PCB, Dioxine, PAK und PBDE) ermittelt. Zusätzlich werden für Schwermetalle an allen Standorten Depositionsmessungen durchgeführt.

Projektleitung

Bayerisches Landesamt für Umwelt, Referat 74

Projektbeteiligte

Bayerisches Landesamt für Umwelt, Referate 16, 34, 36 und 72
Dr. R. Kostka-Rick, Fa. Biologisch Überwachen und Bewerten, Echterdingen

Laufzeit

Mai 2005 bis September 2007