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Elbe - Kampagne 2015

Herkunft und Transport von Schadstoffen anhand von Mustern und Isotopenverhältnissen

Stationsübersicht

Probenahmestationen der Elbe Kampagne 2015 (Karte: Ulrike Kleeberg/Hereon)

Die Elbe ist ein wichtiger Eintragsweg von Schadstoffen in die Küstenregionen der Nordsee und die Deutsche Bucht. Im Rahmen des NOAH Projektes und unserer Wattenmeerkampagne 2014 haben wir Sedimente und Schwebstoffe hinsichtlich der Schadstoffgehalte untersucht. Um herauszufinden, wo welche anorganischen Schadstoffe und Elemente herstammen, beproben wir nun folgerichtig die Elbe, um Schadstoffmuster zu erkennen und somit Herkünfte und Transportwege darzustellen.

Die Stationsauswahl erfolgte in Anlehnung an die erfolgreichen Kampagnen in den 1990er Jahren bis 2002. Dieser umfangreiche Datensatz dient auch als Grundlage, um zeitliche Änderungen und Abnahmen ausgewählter anorganischer Schadstoffe festzustellen. Aber die Fragestellung dieses Projektes geht über die reine Konzentrationsbestimmung hinaus. Die Messkampagne dient der Erweiterung des bereits existierenden Probenpools auf das Einzugsgebiet der Elbe, um Element- und Isotopensignaturen bestimmen zu können. Dies ist notwendig, um Mischungen entlang der Transportwege charakterisieren und Einflussquellen auf die Untersuchungsgebiete in der Nordsee determinieren zu können. In diesem Zusammenhang können beispielsweise Sr-Isotopenverhältnisse genutzt werden, um Sedimentflüsse zu beschreiben, da die Variabilität dieses Isotopensystems weitgehend einer geogenen Variabilität unterliegt, während die Betrachtung von z.B. Pb Isotopen die Unterscheidung von geogenen und anthropogenen Schadstoffquellen erlaubt.
Diese Untersuchungen liefern einen Beitrag zur Charakterisierung von Stoffströmen, Depositionen und des Zustandes des küstennahen Meeresbodens der Nordsee.

Folgende Fragen sollen beanwortet werden:


  • Konzentrationen Setzt sich der kontinuierlich abnehmende Trend der Belastung der Elbe fort und tauchen neue Problemstoffe auf?
  • Herkunft und Transport Kann man die Schadstoffquellen der Elbe bis in die Nordsee verfolgen?
  • Geogen oder anthropogen Wie stark ist der vom Menschen verursachte Eintrag?

Mit der "Ludwig Prandtl"

Prandtl

Sedimentprobenahme mit einem Kastengreifer (Foto: Tristan Zimmermann/Hereon)

Im ersten Fahrtabschnitt, der sich entlang der Tideelbe vom Scharhörnriff bis zum Geesthachter Wehr erstreckte, konnte das Forschungsschiff „Ludwig Prandtl“ eingesetzt werden. Sediment- und Wasserproben wurden im Elbestrom entnommen. Die Wasserproben wurden direkt an Bord filtriert, um eine schnelle und möglichst kontaminationsfreie Bearbeitung zu gewährleisten. Sedimentproben wurden direkt bis zur weiteren Verarbeitung eingefroren.

Mit dem "Tümmler"

Sedimentprobenahme mit einem kleinen Greifer (Foto: Christiane Ruhnau/Hereon)

Nach dem Wehr in Geesthacht reichte der Wasserstand in der Elbe nicht mehr aus, um diese mit der "Ludwig Prandtl" befahren zu können. Wir stiegen in ein Schlauchboot um. Die Probennahme erfolgte vom Boot aus und ein Begleitfahrzeug sorgte für die Abnahme der Proben und den Nachschub. Die Proben wurden täglich zur schnellen Bearbeitung nach Geesthacht ins Labor transportiert.

Zu Fuß

Zufuß2

Sedimentprobenahme am Ufer der Elbe (Foto: Christiane Ruhnau/Hereon)

In der Oberelbe ist der niedrigste Wasserstand seit Jahrzehnten zu verzeichnen. So blieb auf den letzten Stationen nur die Probennahme von Land aus übrig.

Danke schön!

Vielen Dank an die Besatzung der "Ludwig Prandtl" und an die Kollegen der Abteilung "Submesoskalige Dynamik" für die tatkräftige und wertvolle Hilfe und Unterstützung.

Abstract:

The Elbe River has been long considered as one of the most anthropogenically impacted rivers in Europe. Its estuary is characterized by strong tidal effects, continuous dredging and dumping of sediment, and intense ship traffic between the North Sea and the Port of Hamburg. The aim of this study was to elucidate if a combined multi-element fingerprinting and isotopic tracer approach represented a suitable tool to investigate transport and mixing processes of inorganic contaminants within a complex and highly dynamic estuarine environment.

A total of 37 surface sediment samples from the tidal Elbe were characterized in a comprehensive survey by determining the mass fractions of 48 elements and the isotopic signatures of stable Sr, Nd and Pb. Statistical data analysis resolved four discrete clusters of sampling locations in the estuary: One cluster upstream of the city of Hamburg, two clusters within the mixing zone between Hamburg and the mouth of the Elbe Estuary and one cluster in the mouth of the Estuary. River sediment entering the estuary carry significantly higher loads of metals (e.g. Cu, Zn, Sb, Cd and Pb), which are rapidly “diluted” by lower elemental mass fractions in marine sediment on a remarkably small regional scale. The cluster within the mouth of the estuary is mainly characterized by extreme isotopic variations of n(208Pb)/n(204Pb) ranging from 38.67 ± 0.15 to 73.86 ± 0.29, beside high mass fractions of U, Th, and some rare-earth elements. Determined Pb isotope ratios are among the highest reported values for terrestrial materials.

This study indicates the general potential of combined element fingerprinting and isotope tracer approaches to elucidate processes in complex river systems. Furthermore, it represents an initial characterization of the catchment area of the Elbe River as basis for future studies on river and harbor management.