Schwermetalle in Böden

1 Einleitung.- Literatur.- I — Allgemeine Grundlagen.- 2 Vorgänge in Böden und das Verhalten von Schwermetallen.- 2.1 Einführung in die Bodenkunde.- 2.2 Schlüsseleigenschaften von Böden.- 2.2.1 Bodenreaktion.- 2.2.2 Organisches Material in Böden.- 2.2.3 Tonmineralien.- 2.2.4 Oxide des Eisens, Mangans und Aluminiums.- 2.2.5 Oxidation und Reduktion in Böden.- 2.3 Adsorption von Metallionen durch Böden und Bodenbestandteile.- 2.3.1 Kationenaustausch.- 2.3.2 Spezifische Adsorption.- 2.3.3 Mitfällung.- 2.3.4 Schwerlösliche Schwermetallverbindungen in Böden.- 2.3.5 Organische Komplexbildung.- 2.3.6 Selektivität von Adsorbenzien für bestimmte Metalle.- 2.3.7 Quantitative Beschreibung der Metallionenadsorption.- 2.3.8 Adsorption als Oberflächenkomplexbildung.- 2.3.9 Biologische Methylierung von Schwermetallen.- 2.4 Schwermetalle im System Boden-Pflanze.- 2.4.1 Wechselwirkungen zwischen Boden und Pflanze.- 2.4.2 Aufnahme von Schwermetallen durch Pflanzen.- 2.4.3 Absorption von Metallen durch Blätter.- 2.4.4 Umlagerung von Metallen in Pflanzen.- 2.4.5 Wechselwirkungen zwischen Metallen und anderen Elementen.- 2.4.6 Biologische Bedeutung von Spurenelementen.- 2.4.7 Auftreten von Mikronährstoffmangel bei Pflanzen.- 2.4.8 Schwermetalltoxizität bei Pflanzen.- 2.4.9 Schwermetalle und mikrobielle Biomasse.- Literatur.- 3 Herkunft von Schwermetallen in Böden.- 3.1 Geochemische Herkunft.- 3.2 Bodenbildung und Umlagerung von Schwermetallen in Böden.- 3.2.1 Bodenbildung.- 3.3 Quellen von Schwermetallverunreinigungen in Böden.- 3.3.1 Erzbergbau und Verhüttung.- 3.3.2 Landwirtschafts- und Gartenbaumaterialien.- 3.3.3 Klärschlämme.- 3.3.4 Verbrennung fossiler Brennstoffe.- 3.3.5 Metallverarbeitende Industrie.- 3.3.6 Elektronikindustrie.- 3.3.7 Chemische Industrie und sonstige industrielle Quellen.- 3.3.8 Abfallentsorgung.- 3.3.9 Sportschießen.- 3.3.10 Militärische Konflikte und Manöver.- 3.4 Schwermetalle aus atmosphärischer Ablagerung.- 3.5 Schwermetallkonzentrationen in landwirtschaftlichen Böden.- Literatur.- 4 Methoden zur Analyse von Schwermetallen in Böden.- 4.1 Einführung: Analysearten.- 4.2 Probenahme.- 4.3 Trocknung und Lagerung von Proben, Teilprobenahme.- 4.4 Verunreinigung.- 4.5 Eichsubstanzen.- 4.6 Verfahren zur Gesamtanalyse fester Proben.- 4.6.1 Röntgenfluoreszenzanalyse (RFA).- 4.6.2 Neutronenaktivierungsanalyse (NAA).- 4.6.3 Funkenbogen-Atomemissionsspektrometrie (DCA-AES).- 4.6.4 Gesamtanalyse von Aufschlämmungen.- 4.7 Säurelösung zur Gesamtanalyse gelöster Proben.- 4.8 Schmelzaufschlußverfahren zur Herstellung von gelösten Proben für die Gesamtanalyse.- 4.9 Pseudogesamtanalysen: Aufschluß mit starken Säuren.- 4.10 Atomspektrometrische Verfahren zur Analyse von Lösungen.- 4.10.1 Atomabsorptionsspektrometrie (AAS).- 4.10.2 Atomemissionsspektrometrie (AES).- 4.10.3 Massenspektrometrie.- 4.11 Besondere Methoden bei der Atomspektrometrie.- 4.11.1 Hydridbildungsverfahren.- 4.11.2 Atomsammel-Atomabsorptionsspektrometrie (ATAAS).- 4.11.3 Vorkonzentrations- und Separationsverfahren bei der Atomspektrometrie.- 4.11.4 Kaltdampf-Atomabsorptionsspektrometrie (CVAAS).- 4.12 Analyse von Bodenextrakten.- 4.12.1 Bodenextraktionsverfahren.- 4.13 Speziationsanalyse.- 4.14 Neuere Anwendungen der Atomspektrometrie.- 4.15 Schlußbemerkungen.- Literatur.- II — Einzelne Elemente.- 5 Arsen.- 5.1 Einleitung.- 5.2 Geochemische Verbreitung.- 5.3 Herkunft von Arsen in Böden.- 5.3.1 Bodenausgangsmaterialien.- 5.3.2 Landwirtschaftliche Materialien.- 5.3.3 Atmosphärische Deposition.- 5.3.4 Klärschlämme.- 5.3.5 Andere Arsenquellen.- 5.4 Chemisches Verhalten im Boden.- 5.5 Arsen im System Boden-Pflanze.- 5.6 Verunreinigte Böden.- 5.7 Schlußbemerkungen.- Literatur.- 6 Blei.- 6.1 Einleitung.- 6.2 Chemie und Geochemie von Blei.- 6.2.1 Angewandte Chemie.- 6.2.2 Bleigehalt von Gesteinen und Böden.- 6.3 Herkunft von Blei in Böden.- 6.3.1 Blei aus Autoabgasen.- 6.3.2 Atmosphärische Deposition von Blei.- 6.3.3 Blei in städtischen Böden.- 6.3.4 Verunreinigungen durch Bergbau und Metallhütten.- 6.3.5 Blei aus landwirtschaftlichen Materialien.- 6.4 Blei in Bodenprofilen.- 6.5 Chemisches Verhalten von Blei in Böden.- 6.5.1 Verbleib von in Böden eingetragenem Blei und seiner Verbindungen.- 6.5.2 Blei in den verschiedenen Bodenfraktionen.- 6.5.3 Blei in der Bodenlösung.- 6.6 Blei im System Boden-Pflanze.- 6.6.1 Aufnahme von Blei aus Böden und Umlagerung in die Triebe.- 6.6.2 Luftverfrachtetes Blei und seine Deposition auf Blättern.- 6.6.3 Bodenfaktoren bei der Steuerung der Bleiaufnahme.- 6.7 Blei und Mikroorganismen im Boden.- 6.8 Schlußbemerkungen.- Literatur.- 7 Cadmium.- 7.1 Einleitung.- 7.2 Geochemische Verbreitung.- 7.3 Herkunft von Cadmium in Böden.- 7.3.1 Bodenausgangsmaterialien.- 7.3.2 Landwirtschaftliche Materialien.- 7.3.3 Atmosphärische Deposition.- 7.3.4 Klärschlämme.- 7.3.5 Weitere Cadmiumquellen.- 7.3.6 Cadmiumeinträge in Böden: Zusammenfassung.- 7.4 Chemie von Cadmium in Böden.- 7.4.1 Speziation von Cadmium in der Bodenlösung.- 7.4.2 Adsorption von Cadmium in Böden.- 7.5 Cadmium im System Boden-Pflanze.- 7.5.1 Einfluß von Bodenfaktoren auf die Cadmiumaufnahme durch Pflanzen.- 7.5.2 Einfluß pflanzlicher Faktoren auf die Cadmiumaufnahme aus Böden.- 7.6 Mit Cadmium verunreinigte Böden.- 7.6.1 Verunreinigungen durch Erzbergbau und -verhüttung.- 7.6.2 Bodenverunreinigung durch intensive Ausbringung von Klärschlamm.- 7.6.3 Sanierung und Regenerierung cadmiumverunreinigter Böden.- 7.7 Schlußbemerkungen.- Literatur.- 8 Chrom und Nickel.- 8.1 Einleitung.- 8.1.1 Verwendung.- 8.1.2 Biologische Bedeutung.- 8.2 Geochemische Verbreitung.- 8.3 Herkunft von Chrom und Nickel in Böden.- 8.3.1 Nickel und Chrom in Böden und Bodenausgangsmaterialien.- 8.3.2 Landwirtschaftliche Materialien.- 8.3.3 Atmosphärische Deposition.- 8.3.4 Klärschlämme.- 8.3.5 Andere Chrom- und Nickelquellen.- 8.4 Chemisches Verhalten im Boden.- 8.5 Chrom und Nickel im System Boden-Pflanze.- 8.6 Verunreinigte Böden.- 8.7 Schutz des Bodens vor Chrom und Nickel.- Literatur.- 9 Kupfer.- 9.1 Einleitung.- 9.2 Geochemische Verbreitung von Kupfer.- 9.3 Herkunft von Kupfer in Böden.- 9.3.1 Bodenausgangsmaterialien.- 9.3.2 Landwirtschaftliche Materialien.- 9.3.3 Atmosphärische Deposition.- 9.3.4 Klärschlämme.- 9.4 Chemisches Verhalten von Kupfer im Boden.- 9.4.1 Löslichkeit von Kupfer(II)-Mineralien und Bodenkupfer.- 9.4.2 Kupferadsorption durch Böden.- 9.5 Kupfer im System Boden-Pflanze.- 9.5.1 Kupfer und Pflanzenernährung.- 9.5.2 Adsorption und Umlagerung von Kupfer.- 9.6 Verunreinigte Böden.- 9.7 Kupfer in der Kette Boden-Pflanze-Tier.- 9.8 Der Baker-Test zur Bodendiagnose.- 9.9 Schlußbemerkungen.- Literatur.- 10 Mangan und Cobalt.- 10.1 Einleitung.- 10.1.1 Vorbemerkung zu Mangan.- 10.1.2 Vorbemerkung zu Cobalt.- 10.2 Geochemische Verbreitung.- 10.2.1 Verbreitung von Mangan.- 10.2.2 Verbreitung von Cobalt.- 10.3 Herkunft von Mangan und Cobalt in Böden.- 10.3.1 Mangan in Böden.- 10.3.2 Cobalt in Böden.- 10.4 Chemische Eigenschaften von Mangan und Cobalt und ihr Einfluß auf die Verfügbarkeit für Pflanzen.- 10.4.1 Verfügbarkeit von Mangan.- 10.4.2 Verfügbarkeit von Cobalt.- 10.5 Abschätzung der Pflanzenverfügbarkeit.- 10.5.1 Bodenextraktion bei Mangan.- 10.5.2 Bodenextraktion bei Cobalt.- 10.5.3 Beurteilung mittels Isotopenaustausch.- 10.6 Schlußbemerkungen.- Literatur.- 11 Quecksilber.- 11.1 Einleitung.- 11.1.1 Gegenwärtige Verwendung des Quecksilbers.- 11.1.2 Freisetzung von Quecksilber in die Umwelt.- 11.1.3 Schädliche Auswirkungen von Quecksilber.- 11.2 Geochemische Verbreitung.- 11.3 Herkunft von Quecksilber in Böden.- 11.3.1 Bodenausgangsmaterialien.- 11.3.2 Atmosphärische Deposition.- 11.3.3 Landwirtschaftliche Materialien.- 11.3.4 Klärschlämme.- 11.4 Chemisches Verhalten von Quecksilber in Böden.- 11.4.1 Vorkommen und Stabilität anorganischer Quecksilberspezies in Böden.- 11.4.2 Verflüchtigung von Quecksilber aus Böden.- 11.4.3 Auswaschung von Quecksilber aus Böden.- 11.4.4 Retention von Quecksilber in Böden.- 11.4.5 Methylierung von Quecksilber in Böden.- 11.4.6 Gehalte und Verteilung von Quecksilber in Böden.- 11.5 Quecksilber im System Boden-Pflanze.- 11.6 Untersuchungen an quecksilberverschmutzten Böden.- 11.7 Weltweite Quecksilberbilanz.- Literatur.- 12 Selen.- 12.1 Einleitung.- 12.2 Geochemische Verbreitung.- 12.3 Herkunft von Selen in Böden.- 12.3.1 Bodenausgangsmaterialien.- 12.3.2 Landwirtschaftliche Materialien.- 12.3.3 Atmosphärische Deposition.- 12.3.4 Klärschlämme.- 12.4 Chemisches Verhalten in Böden.- 12.4.1 Speziation: anorganische Ionen.- 12.4.2 Speziation: organische Ionen.- 12.4.3 Adsorption.- 12.4.4 Biologische Umwandlungsprozesse.- 12.4.5 Selen im Grundwasser.- 12.4.6 Unterschiedliches Verhalten in Meerwasser und marinen Sedimenten.- 12.5 Selen im System Boden-Pflanze.- 12.6 Verunreinigte Böden: Fallbeispiele.- 12.6.1 Kalifornien.- 12.6.2 China.- 12.7 Schlußbemerkungen.- Literatur.- 13 Zink.- 13.1 Einleitung.- 13.2 Geochemische Verbreitung von Zink.- 13.3 Herkunft von Zink in Böden.- 13.3.1 Bodenausgangsmaterialien.- 13.3.2 Atmosphärische Deposition.- 13.3.3 Einsatz von Klärschlämmen in der Landwirtschaft.- 13.3.4 Agrochemikalien.- 13.4 Chemisches Verhalten von Zink in Böden.- 13.4.1 Zinkfraktionen in Böden.- 13.4.2 Löslichkeit von Zink in Böden.- 13.4.3 Adsorption und Desorption von Zink in Böden.- 13.4.4 Einfluß organischer Substanzen auf das Verhalten von Zink in Böden.- 13.5 Zink im System Boden-Pflanze.- 13.5.1 Parameter der Verfügbarkeit von Zink in Böden.- 13.5.2 Bestimmung der Verfügbarkeit von Zink in Böden.- 13.5.3 Artspezifische Unterschiede in der pflanzlichen Zinkaufnahme.- 13.6 Mit Zink verunreinigte Böden.- 13.6.1 Verunreinigung durch Erzbergbau und Verhüttung.- 13.6.2 Bodenverunreinigung durch intensive Ausbringung von Klärschlamm.- 13.7 Schlußbemerkungen.- Literatur.- 14 Weniger häufig vorkommende Elemente.- 14.1 Antimon.- 14.2 Gold.- 14.3 Molybdän.- 14.4 Silber.- 14.5 Thallium.- 14.6 Uran.- 14.7 Vanadium.- 14.8 Zinn.- ANH 1 Chemische Eigenschaften der Schwermetalle.- ANH 2 Schwermetallgehalte von Böden und Pflanzen.- ANH 3 Zulässige Höchstwerte für Schwermetallgehalte in mit Klärschlamm behandelten Böden in verschiedenen Ländern.- ANH 4 Bestimmungen der amerikanischen Umweltschutzbehörde EPA für auf Böden aufgebrachte Klärschlämme.- ANH 5 Länderübergreifende SM-Hintergrundwerte aus ländlich geprägten Gebieten in Deutschland.- ANH 6 Schwellenkonzentrationen für Metalle in verunreinigten Böden Großbritanniens (DOE-ICRCL).- ANH 7 Richtwerte und Qualitätsstandards der Niederlande zur Beurteilung von Bodenverunreinigungen.- ANH 8 Elementgehalte in ausgewählten zertifizierten Eichmaterialien.- ANH 9 Vergleich der US-amerikanischen Bodentaxonomie mit dem Bodenklassifizierungsschema der FAO/UNESCO.- ANH 10 Trivialnamen und botanische Bezeichnungen landwirtschaftlich genutzter Pflanzen.- Internetadressen.- URL 1 Institute, an denen Beitragsautoren dieses Werks beschäftigt sind/waren.- URL 2 Schwermetalle.- URL 3 Spurenelemente.- URL 4 Analytik.- URL 5 Bezugsquellen für Eichsubstanzen.- URL 6 Geowissenschaften.- URL 7 Boden- und Landwirtschaftskunde.- URL 8 Bodenverschmutzung.- URL 9 Entsorgung.- URL 10 Toxikologie.- URL 11 Forschungszentren.- URL 12 Ökologie und Umweltschutz.- URL 13 Gesetzliche Bestimmungen.- URL 14 Behörden, Ministerien und Verbände.- URL 15 Virtuelle Bibliotheken, Datenbanken und Suchmaschinen.- URL 16 On-line Zeitschriften.- Deutschsprachige Literatur.- LIT 1 Schwermetalle.- LIT 1.1 Allgemeines zu Schwermetallen.- LIT 1.2 Schwermetalle in Gesteinen und Böden.- LIT 1.3 Schwermetalle in Wässern und Sedimenten.- LIT 1.4 Schwermetalle in der Atmosphäre, Filterung.- LIT 1.5 Schwermetalle in Pflanzen und Pilzen.- LIT 1.6 Schwermetalle in Mensch und Tier.- LIT 1.7 Schwermetalle in sonstigen Stoffen.- LIT 2 Spurenelemente.- LIT 3 Analytik.- LTT 3.1 Vorbereitung, Auswertung.- LIT 3.2 Chemische/Physikalische Methoden.- LIT 3.3 Biologische/Chemische Methoden.- LIT 4 Biologie.- LIT 5 Botanik, Biologie der Pflanzen.- LIT 6 Chemie.- LIT 7 Physik.- LIT 8 Geologie.- LIT 9 Geographie, Bodenbeobachtung, Kataster.- LIT 10 Mineralogie und Petrologie.- LIT 11 Bergbau und Verhüttung.- LIT 12 Wasserkunde.- LIT 13 Bodenkunde.- LIT 14 Bodenschutz- und -sanierung.- LIT 15 Land- und Forstwirtschaft.- LIT 16 Abprodukte/Deponien/Altlasten.- LIT 17 Wasser- und Abwasserbehandlung.- LIT 18 Toxikologie.- LIT 19 Ökologie und Umweltschutz.- LIT 20 Umweltrecht.- LIT 21 Grenz- und Richtwerte.