Bodenkontamination

Unter Bodenkontamination (auch als Bodenbelastung, Bodenverschmutzung oder Bodenverunreinigung bezeichnet) werden das Vorhandensein und der Eintrag organischer oder anorganischer Schadstoffe in das Umweltmedium Boden verstanden. Wie auch bei der Verunreinigung von Luft und Wasser hat ein Großteil der weltweiten Bodenkontaminationen menschliche Ursachen wie Immissionen aus Verkehr und Industrie, legaler wie illegaler Müllentsorgung, Unfällen mit Schadstofffreisetzung oder der Ausbringung kontaminierter Materialien (einige Dünge- und Pflanzenschutzmittel oder Klärschlamm).

Kontaminationen beeinträchtigen den Boden in seinen Eigenschaften und Funktionen und gefährden dadurch alle weiteren Bestandteile des Naturhaushalts wie Menschen, Tiere, Pflanzen oder Grundwasser. Alle Schadstoffe werden im Bodenkörper mehr oder weniger fest gebunden. In vielen Fällen kommt es zu einer langfristigen Speicherung, die bei stetigem Eintrag zu einer Anreicherung und somit zu einer steigenden Schädigung führt. Bodensanierungen sind theoretisch möglich, wegen ihrer hohen Zeit-, Arbeits- und Kostenintensität aber praktisch oft undurchführbar. Aus diesem Grund werden viele Bodenschäden durch Kontaminationen, vor allem mit Schwermetallen, als irreversibel eingestuft.

Böden sind in Deutschland seit 1999 (Bundesbodenschutzgesetz) in ihrem Status als Schutzgut mit den Umweltmedien Luft und Wasser gleichgestellt.

Begrifflichkeiten Die Begriffe Kontamination, Belastung, Verschmutzung und Verunreinigung werden in Presse und Literatur häufig synonym gebraucht. Bei der Wortwahl stehen allerdings meist menschliche Schadstoffquellen im Vordergrund, bei der alle vier Möglichkeiten zutreffend sind. Im Fall einer natürlichen Schadstoffquelle wird dagegen in aller Regel der Gebrauch des Wortes „Bodenverschmutzung“ vermieden. Natürliche Schadstoffbelastung Natürliche Quellen Schadstoffe stammen aus diversen Quellen, von denen einige natürlichen Ursprungs sind.

Geogener Grundgehalt Radioaktivität und Schwermetalle kommen natürlich in der Umwelt vor. Sie sind deshalb in allen Böden in Spuren nachweisbar. Diese meist sehr geringe Belastung wird als geogener Grundgehalt oder geogener Hintergrund bezeichnet. Sie wird üblicherweise im nicht durch menschliche Tätigkeiten beeinflussten Ausgangsmaterial (C-Horizont) gemessen. Je nach Ausgangsmaterial der Bodenbildung schwanken die Grundgehalte erheblich. Deshalb gibt es in Deutschland Tabellenwerke mit regional differenzierten Angaben.

Der geogene Grundgehalt organischer Schadstoffe ist immer 0, da diese in nennenswerten Mengen ausschließlich künstlichen Ursprungs sind. (Minimale Gehalte einiger Verbindungen, die als Zwischenprodukte bei natürlichen Stoffwechselprozessen möglich sind, bewegen sich im Boden nah an der Nachweisgrenze). Einzige Ausnahme sind einige Erdölbestandteile bei einem natürlichen Austritt von Erdöl (Asphaltseen), z. B. in Kalifornien oder auf Trinidad.

Vulkanausbrüche Vulkanausbrüche sind ein natürlicher Faktor, der Schadstoffe in die Atmosphäre freisetzt, denn bei ihren Eruptionen werden große Mengen schädigender Stoffe wie Schwefeldioxid ausgestoßen (siehe auch Vulkanisches Gas). Dieser Effekt nimmt zwar nachweisbar und weltweit Einfluss auf Niederschläge und Temperaturen, bewirkt aber nicht den menschlich verursachten Sauren Regen, also eine dauerhafte Verschlechterung der Regenwasserqualität durch Luftverschmutzung.

Natürliche Bodenbelastungsgebiete Einige Ausgangsmaterialien, vor allem Gesteine, weisen von Natur aus erhöhte Grundgehalte auf. Beispiele wären die verstärkte Radioaktivität in Granit oder die höhere Belastung mit den Schwermetallen Chrom, Kupfer, Nickel und Zink in einigen Tonsteinen oder Magmatiten. Regionen mit natürlich erhöhten Werten werden als natürliche Bodenbelastungsgebiete bezeichnet.

Insbesondere oberflächennah anstehende Erze, wie z. B. Zinkblende, Kupferglanz oder Bleiglanz im Raum Goslar (Harz), bewirken ein deutliches Ansteigen der geogenen Grundgehalte. In einigen seltenen Fällen gibt es auch in der Natur kleinflächige Zonen mit für Pflanzen toxischer Schwermetallbelastung. Diese zeichnen sich durch eine eigene, schüttere Vegetation mit besonders angepassten Pflanzen aus (natürliche Galmeiflora, Schwermetallflur) und dienten den Menschen oft als Zeiger für Erzlagerstätten.

Menschliche Schadstoffbelastung mini|Kontaminierter Boden eines Teersees

Menschliche Quellen Bodenkontaminationen mit der Nebenbedeutung „Bodenverschmutzung“ werden durch menschliches Tun verursacht, wobei die Quellen ausgesprochen vielfältig sind. Wichtige Kontaminationsquellen sind: Abwässer und Abluft: Austritt von Schadstoffen durch ungefilterte Abgase (Emissionen) oder die Einleitung belasteter Abwässer aus Industrie, Verkehr oder Haushalten. Sie führen zu einem überregionalen Schadstoffeintrag über die Luft (Immissionen) oder das Wasser. Gezielter Einsatz: Konzentrierte Ausbringung von Schadstoffen, der mit einem bestimmten Zweck verbunden ist (z. B. DDT-Einsatz gegen Insekten, Einsatz chemischer Kampfstoffe wie Agent Orange, einige Pflanzenschutzmittel). Unfälle und Schadensfälle: Ungewollter Schadstoffaustritt im Straßenverkehr, in Gebäuden, bei Industrieprozessen, an Pipelines oder bei Bauarbeiten (Unfälle, Lecks, Rohrbrüche etc.). Müllentsorgung: illegale oder legale Ablagerung von Müll, aus dem zahlreiche Schadstoffe austreten können (Deponien, wilde Müllbeseitigung etc.). Halden: Offene Ab- oder Zwischenlagerung von Materialien der Schwerindustrie wie Abraum, Schlacken oder Erz. Freisetzung von Radioaktivität: Unfälle oder Kernwaffentests. Verwendung belasteter Materialien: Bewusste oder unbewusste Verwendung von Materialien, die z. B. über Korrosion oder Abrieb Schadstoffe an ihre Umwelt abgeben (Bleirohre für Leitungswasser, viele Farbpigmente und Lacke wie das historische Postgelb, verbleites Benzin etc.). Nebeneffekt der Landnutzung: Ausbringung gering belasteter Materialien zur Bodenverbesserung, die bei langfristigem Eintrag Schadstoffe anreichern (einige Dünger (uran- und cadmiumhaltige PhosphateUran in Boden und Wasser, Broschüre des Umweltbundesamtes,https://www.uba.de/uba-info-medien/4336.html, abgerufen am 20. August 2018.) und Pflanzenschutzmittel (Kupferpräparate), Klärschlamm, Aschenausbringung etc.).

Anthropogene Belastungen durch Schwermetalle gehen bis zu den Anfängen der menschlichen Metallverarbeitung zurück und können kleinflächig bereits Jahrhunderte oder Jahrtausende alt sein. So finden sich in alten Bergbauregionen wie dem Erzgebirge oder dem Harz belastete Flächen aus dem Mittelalter. Ein Großteil der Kontaminationen kann aber auf die letzten zwei Jahrhunderte ab Beginn der industriellen Revolution zurückgeführt werden.

Organische Schadstoffe und Cyanide sind trotz ihrer weltweiten Nachweisbarkeit und großer Umweltschäden nahezu ausnahmslos in den vergangenen knapp 150 Jahren freigesetzt worden (Beginn der chemischen Industrie etwa um 1850).

Belastungen durch freigesetzte Radionukleotide entstammen größtenteils Vorgängen des sogenannten Atomzeitalters (etwa ab 1945).

Hintergrundbelastung Die durchschnittliche Belastung einer Region mit Schadstoffen, also die Summe aus natürlichen Quellen und dem durchschnittlichen Eintrag durch den Menschen, wird als Hintergrundbelastung bezeichnet. Die Gehalte werden durch Analyse des Ober- und Unterbodenmaterials (A- und B-Horizont) ermittelt, wobei je Region eine statistisch aussagekräftige Menge an Probepunkten vorliegen muss. Die Hintergrundbelastung der Kreise und Regionen in Deutschland liegt in Form von Tabellenwerken vor.

Je nach Höhe der Bodenverschmutzung steigt der Anteil der menschlichen Einträge am Gesamtwert. Bei organischen Schadstoffen liegt er (fast) immer bei 100 %, da diese natürlich nicht vorkommen. Ein direkter Vergleich des geogenen Grundgehalts und des Hintergrundgehalts ist zwar nicht möglich, da die Werte in verschiedenen Bodentiefen ermittelt werden, grundsätzlich stellt aber die Erhöhung der Hintergrundbelastung im Vergleich zum geogenen Grundgehalt ein Maß für die Höhe des menschlichen Einflusses dar.

In der Regel ist die Hintergrundbelastung in Industriestaaten (deutlich) höher als der geogene Grundgehalt. In einigen seltenen Fällen, z. B. in natürlichen Bodenbelastungsgebieten, kann sie aber auch niedriger sein.

Auswahl wichtiger Bodenschadstoffe Anorganische Schadstoffe Schwermetalle Eine besonders wichtige Gruppe potentieller Schadstoffe setzt sich aus einigen Schwermetallen zusammen. Diese werden über ihre Dichte (> 5 g/cm³) definiert. Bei der Erstellung von Bodengutachten sind in Deutschland Untersuchungen von Cadmium (Cd), Chrom (Cr), Quecksilber (Hg), Nickel (Ni), Blei (Pb) sowie (nur beim Schutzgut Pflanze) Kupfer (Cu) und Zink (Zn) gesetzlich vorgeschrieben. Darüber hinaus werden im Bundesbodenschutzgesetz Kobalt (Co) und Thallium (Tl) als humantoxikologisch relevant eingestuft.

Viele Schwermetalle sind nicht toxisch [z. B. Eisen (Fe), Mangan (Mn) oder Wolfram (W)] oder liegen wie Indium (In) nur in Ausnahmefällen über der Nachweisgrenze.

Schwermetalle kommen natürlich vor. Ein Großteil der weltweiten Kontamination hat aber menschliche Ursachen, in erster Linie den Bergbau, die Metallindustrie (Produktion und Verarbeitung) und den Verkehr (z. B. verbleites Benzin). Die Verwendung schwermetallhaltiger Produkte ist allgemein weit verbreitet.

Bislang kaum nachweisbare Schwermetalle wie Rhodium (Rh), Platin (Pt) oder Palladium (Pd), die in Fahrzeugkatalysatoren verwendet werden, treten durch den massiven Einsatz dieser Technologie seit kurzem auch verstärkt in Böden auf. An Straßenrändern konnte z. B. für Rhodium eine Zunahme von 0,4 µg/kg auf 20 µg/kg festgestellt werden. Ob und wie weit von diesen Konzentrationen Gefahren ausgehen, wurde noch nicht untersucht.

Zyanide Zyanide (Verbindungen mit dem Anion CN-) weisen keinen geogenen Grundgehalt auf, da messbare Größen in der Natur im Boden nicht vorkommen. Sie entstehen als Nebenprodukte bei einigen sehr spezifischen industriellen Prozessen (Teer- und Bitumenindustrie, Kokereien) oder werden (in der EU seit 2010 verboten) in der Gold- und Silbergewinnung eingesetzt.

Sonstige anorganische Stoffe Bei der Erstellung von Bodengutachten muss die Probe auf das Halbmetall Arsen (As) untersucht werden. Das Leichtmetall Beryllium (Be) sowie die Halbmetalle Antimon (Sb) und Selen (Se) sind im Bundesbodenschutzgesetz ebenfalls als humantoxikologisch relevant eingestuft. Beryllium wird in Flugzeugtechnik verwendet, während Antimon typisch für militärische Quellen ist (Munition).

Einen Sonderfall stellen Bodenschäden durch zu hoch werdende Salzgehalte dar. Diese Form der Bodenbelastung kann nur als Form der Kontamination angesehen werden, wenn sie durch eine aktive Zuführung des Salzes verursacht wird (Streusalz). Weltweit spielen aber natürliche Versalzungsprozesse, die nicht unter den Begriff Bodenkontamination fallen und häufig durch Fehlnutzung verstärkt werden, eine wesentlich wichtigere Rolle (siehe Versalzung).

Saurer Regen

Relevant sind Gase wie Stickoxide oder Schwefeldioxid und verschiedene Säuren wie Schwefelsäure oder Salzsäure. Viele dieser Stoffe werden durch Verkehr und Industrie freigesetzt und führen unter anderem zu einer pH-Wertabsenkung des Regenwassers (Saurer Regen). Dieses verändert mit der Zeit die Bodenchemie und kann z. B. zur Freisetzung von Schwermetallen beitragen.

Radioaktivität

Für eine Verunreinigung mit Strahlungsquellen wie Uran oder radioaktiven Isotopen (z. B. Iod 131, Cäsium 134) wird fast ausschließlich der Begriff Kontamination genutzt.

Organische Schadstoffe