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MURSYS - Ostsee

   
 
 

Regionale Verteilung chlorierter Kohlenwasserstoffe (CKW) und polycyclischer aromatischer Kolenwasserstoffe (PAK) im Pelagial und Oberflächensediment der Ostsee im Jahre 2011 (Kurzfassung der Ergebnisse)

  Leibniz-Institut für Ostseeforschung (IOW), Warnemünde:
im Auftrage des
Bundesamtes für Seeschifffahrt und Hydrographie (BSH), Hamburg, Rostock

(http://www.io-warnemuende.de)

Seit dem Jahr 1992 führt das Leibniz-Institut für Ostseeforschung Warnemünde im Auftrag des Bundesamtes für Seeschifffahrt und Hydrographie (BSH) Hamburg ein Ostsee-Überwachungsprogramm durch. Seit dem Jahr 2008 umfasst das neu definierte Untersuchungsgebiet, beginnend von der Kieler Bucht bis einschließlich Bornholmsgatt, im Wesentlichen die Ausschließliche Wirtschaftszone Deutschlands (AWZ).
Zur Ermittlung der Belastung des Ostseewassers mit organischen Schadstoffen und der Beobachtung saisonaler Unterschiede wurden auf einer Winterfahrt im Februar 2011 und einer Sommerexpedition im August 2011 vier Transekte und neun Stationen in diesem Untersuchungsgebiet beprobt und auf verschiedene Stoffklassen untersucht.

Im Februar und August wurden für die Stoffklassen der PCB, PAK und DDT vier Transekte mit dem in-situ Pumpsystem beprobt (Abbildung 1). Die Probenahmen erfolgten mit den Forschungsschiffen "Alkor" und "Elisabeth Mann Borgese". Für die Stoffklasse der HCH erfolgte die Probenahme mittels Glaskugelschöpfer (GKS). Die Proben wurden an neun ausgewählten Stationen von der Kieler Bucht bis zur Oderbucht in 5 m Wassertiefe entnommen.
Für das Sedimentmonitoring erfolgte die Probenahme im Juli 2011 mit dem Forschungsschiff "Deneb" an sieben ausgewählten Stationen (Abbildung 2) im Gebiet der AWZ mittels Kastengreifer. Diese Proben wurden auf PCB, DDT und dessen Metaboliten sowie PAK analysiert.

Die Belastung des Ostseewassers in der deutschen ausschließlichen Wirtschaftszone (AWZ) zeichnet sich im Jahr 2011 durch sehr niedrige Konzentrationen aller untersuchten Schadstoffe aus.

Im Februar 2011 lagen für die Substanzgruppe des Hexachlorcyclohexans (HCH) Konzentrationen im gesamten Untersuchungsgebiet der AWZ mit 88 - 244 pg/l geringfügig niedriger als im Vorjahr. Die Belastung des Ostseewassers mit HCH (Abbildung 3) weist von 1975 bis 1992 einen stark rückläufigen Trend von ca. 10 ng/l auf Konzentrationen von ca.ng/l auf. Nach einer Stagnationsperiode von 1992 bis 2001 mit Konzentrationen um 2 ng/l, hat sich seit 2001 das Konzentrationsniveau beider Komponenten bis unter 0,3 ng/l verringert.
Bei der Ermittlung von Vermischungsprozessen zeigt sich, dass im Februar der Einstrom von salzreicherem Nordseewasser von der Kieler Bucht (Salzgehalt von 15,3) bis zur Mecklenburger Bucht (Salzgehalt von 11,7) eine Verringerung der HCH-Konzentrationen, insbesondere für alpha-HCH (90 pg/l), bewirkte (Abbildung 4). Bei niedrigeren Salzgehalten (4,5) in der nördlichen Pommernbucht wurden etwas höhere Gehalte an HCH (alpha-HCH 129 pg/l, gamma-HCH 155 pg/l) beobachtet. Im August scheint sich der Vermischungsprozess umzukehren, es wurden bei niedrigeren Salzgehalten (6,5 - 8,0) niedrige HCH Konzentrationen (alpha-HCH 88 - 103 pg/l, gamma-HCH 105 - 124 pg/l) und bei einem Salzgehalt von 10 eine geringfügig höhere HCH Konzentration (alpha-HCH 136 pg/l) verzeichnet.
Die räumliche Verteilung von HCH im Untersuchungsgebiet zeigt eine homogene Verteilung, wobei hier die Wintergehalte gegenüber den Sommerkonzentrationen um ca. 10 - 35 % höher lagen. Die Konzentrationen von gamma-HCH lagen geringfügig über den alpha-HCH Konzentrationen.

Für die Substanzklasse Dichlordiphenyltrichlorethan (DDT) und dessen Metabolite wurden im Februar 2011 mit Ausnahme der Oderbucht Konzentrationen unter 6 pg/l beobachtet, wogegen die Sommergehalte bedeutend geringer (<2,4 pg/l) lagen. Die hohen Konzentrationen von DDT und Metaboliten (Abbildung 5) in der Oderbucht im Februar 2011 sind zum einen auf eine höhere Partikelfracht (2,43 mg/l) und somit hohen Konzentrationen in der partikulären Phase (p,p'-DDE 11,2 pg/l; p,p'-DDT 9,1 pg/l) zurückzuführen und deuten einem eventuellen Einstrom aus der Oder hin, da auch die gelöste Phase in diesem Untersuchungsgebiet etwas höhere Belastungen (p,p'-DDE 6,0 pg/l; p,p'-DDD 6,4 pg/l) aufwies.
Die saisonale Belastung der gelösten Phase des Oberflächenwassers mit DDT und Metaboliten zeigt mit Ausnahme der Kieler Bucht/Fehmarnbelt deutliche Unterschiede zwischen Winter und Sommer. Im Februar wurden um Faktor 2 - 3 höhere Gehalte aller Kongenere verzeichnet. Durch stürmische Wetterbedingungen kann es durch Resuspension und Resorption aus den Oberflächensedimenten zu hohen Konzentrationen dieser Substanzen in der gelösten und partikulären Phase im Winter führen. Im Untersuchungsgebiet der Kieler Bucht/Fehmarnbelt waren keine gravierenden Unterschiede zwischen den Winter- und Sommerkonzentrationen zu beobachten.
Eine Aussage über eine eindeutige rückläufige Abnahme der DDT Konzentrationen kann nicht getroffen werden. Im Februar 2011 wurden niedrigere Konzentrationen von p,p'-DDE (<3 pg/l) gegenüber den Vorjahren im Untersuchungsgebiet beobachtet. Im Februar 2011 lagen die Werte von p,p'-DDE und p,p'-DDT zwischen 2 - 3 pg/l in der gelösten Phase und damit auf Niveau von 2009.

Mit Ausnahme von Hexachlorbenzol (HCB) (14,2 pg/l) in der Oderbucht lag die Gesamtbelastung mit HCB und polychlorierten Biphenylen (PCB) im Februar 2011 unter 10 pg/l. Von der Kieler Bucht bis zur Arkonasee wurden Schadstoffgehalte von 0,5 - 9,7 pg/l beobachtet, wobei die Schadstoffbelastung auf dem Niveau der Vorjahre lag. Wie auch bei DDT und Metaboliten wurden in der Oderbucht höhere Konzentrationen beobachtet.
Von der Kieler Bucht bis zur Oderbucht wurden in der gelösten Phase der Oberflächenwassers der Ostsee annähernd gleiche Konzentrationen von PCB beobachtet. Die höchsten Gehalte an HCB wurden in der Oderbucht (11,2 pg/l gelöst) verzeichnet.
Wie auch bei DDT und Metaboliten beobachtet, ist die räumliche Verteilung von HCB und PCB in der partikulären Phase abhängig von SPM-Gehalt (suspended particulate matter/Schwebstoff), so waren niedrige Konzentrationen von HCB und PCB in der Mecklenburger Bucht (0,10 mg/l SPM) und hohe Konzentrationen in der Oderbucht (2,4 mg/l SPM) zu finden.
Der Vergleich der saisonalen Belastung der gelösten Phase zeigte deutliche Unterschiede zwischen den Winter- und Sommerkonzentrationen. Die Werte von PCB im Februar 2011 lagen deutlich, mit teilweisen Unterschieden in der Größenordnung um Faktor 2, über den Konzentrationen im August 2011.
Bei der zeitlichen Entwicklung von 2001 bis 2011 sind Abnahmen der besser wasserlöslichen Kongenere (PCB 28/31, PCB 52) gegenüber den unpolareren in der Umwelt stabileren Kongenere mit nCl >4 zu beobachten. In den Untersuchungsgebieten der Mecklenburger Bucht und Arkonasee wurden Konzentrationen im Bereich von 0,6 pg/l (PCB 118) bis 2,8 pg/l (PCB 28/31) gefunden. Im Mittel der letzten 6 Jahre lagen die PCB-Gehalte in der Arkonasee geringfügig niedriger als in der Mecklenburger Bucht (Abbildung 6).
Im Vergleich mit Daten aus der Literatur aus dem Jahr 1988 (Schulz-Bull, 1995) kann für alle PCB Kongenere im Untersuchungsgebiet der Arkonasee/Bornholmsee eine Reduktion der Konzentrationen von nur etwa 50 % in 34 Jahren verzeichnet werden.

Im Februar 2011 lag die Schadstoffbelastung des Ostseeoberflächenwassers mit polyaromatischen Kohlenwasserstsoffen (PAK) bei 0,02 - 3,2 ng/l, im August 2011 wurden Konzentrationen von 0,01 - 1,2 ng/l beobachtet. Im Februar 2011 lagen in der Oderbucht, wie auch bei DDT und PCB beobachtet, die PAK-Gehalte um den Faktor 2 bis 5 höher als im übrigen Untersuchungsgebiet. Bei der Betrachtung der regionalen Verteilung der PAK in der partikulären Phase waren deutlich erhöhte Konzentrationen in der Oderbucht zu beobachten, wogegen von der Kieler Bucht bis zur Arkonasee die Belastung mit PAK recht homogen war. Deutlich war die Abhängigkeit der Konzentrationen vom SPM-Gehalt in der partikulären Phase zu erkennen.
Die Belastung der gelösten Phase mit Phenanthren, Fluoranthen und Pyren war im gesamten Untersuchungsgebiet homogen gewesen, wogegen für die mittel- bis schwerflüchtigen PAK wie Anthracen, Benzo(a)anthracen, Benzo(b)fluoranthen und Benzo(k)fluoranthen höhere Konzentrationen im Untersuchungsgebiet der Arkonasee und Oderbucht zu verzeichnen waren. Die höheren Gehalte im Februar 2011 in der partikulären sowie gelösten Phase der Oderbucht scheinen durch einen Eintrag von suspendiertem Material und mit PAK belastetem Flusswasser aus der Oder gegründet zu sein. Der Bericht "Bewirtschaftungsplan für die Internationale Flusseinheit ODER" (2010) der Internationalen Kommission zum Schutz der Oder gegen Verunreinigung weist darauf hin, dass in 2007 von 230 Wasserkontrollstellen im Stettiner Haff 26 Stationen keinen guten chemischen Zustand erreichen. Hauptursachen hierfür sind erhöhte Schwermetallkonzentrationen und sowie erhöhte Konzentrationen polyzyklischen aromatischen Kohlenwasserstoffe.

Wie schon in 2010 beobachtet, war für die gelöste Phase ein deutlicher saisonaler Unterschied zu erkennen. Die Konzentrationen im Februar 2011 lagen insbesondere für die schwerflüchtigen PAK um ein Vielfaches höher als im August 2011 (Abbildung 7).
Die saisonale Zusammensetzung der PAK-Konzentrationen in der gelösten Phase (Abbildung 8) zeigt eine unterschiedliche Verteilung der einzelnen PAK in den Winter- und Sommermonaten. Im Sommer lag der Anteil der mittelflüchtigen PAK Phenanthren und Anthracen teilweise deutlich höher als im Winter, wogegen der Anteil an schwerflüchtigen PAK um ein Vielfaches niedriger war. Mögliche Ursachen der höheren Konzentrationen im Winter und der unterschiedlichen Zusammensetzung der gelösten Phase sind ein Eintrag durch Rückstände fossiler Brennstoffe über die Atmosphäre und geringere Abbauraten durch biologische Prozesse und die Aufnahme und Sedimentation durch biologisch produzierte Partikel während der Blütephasen.
Im Untersuchungsgebiet der Mecklenburger Bucht und Arkonasee lässt sich für die Jahre 2001 bis 2011 kein abnehmender Trend für die Belastung des Oberflächenwassers der Ostsee mit PAK erkennen. Die Belastung der Mecklenburger Bucht mit PAK war in 2011 etwas niedriger als im Vorjahr. Insbesondere die Konzentrationen der schwerflüchtigen PAK, wie Benzo(a)pyren, Indeno(1,2,3-c,d)pyren, Dibenzo(a,h)-anthracen und Benzo(g,h,i)perylen, lagen unterhalb der Bestimmungsgrenze von 5 pg/l. Im Untersuchungsgebiet der Arkonasee wurden mit Ausnahme von Anthracen und Benzo(a)anthracen geringfügig niedrigere Konzentrationen gegenüber dem Vorjahr beobachtet. Für beide Untersuchungsgebiete wurden für den Untersuchungszeitraum von 2001 bis 2011 für die leicht- bis mittelflüchtigen PAK ein mittleres Konzentrationsniveau von 0,5 - 1,5 ng/l und für die schwerflüchtigen PAK um 0,05 ng/l verzeichnet.

Die Schadstoffbelastung des Oberflächensedimentes im Untersuchungsgebiet mit chlorierten Kohlenwasserstoffen (CKW) war sehr unterschiedlich. An Stationen mit hohem organischem Kohlenstoffgehalt, wie in der Mecklenburger Bucht (M2 - 3,99 % C-org), im westlichen und östlichen Arkonabecken (K7 - 6,3 % C-org, TF0110 - 6,1 % C-org) waren hohe Konzentrationen von HCB, PCB, DDT und Metaboliten zu verzeichnen. Stationen mit sandigem Sediment und sehr geringem Anteil an organischem Kohlenstoff (Kieler Bucht (N3) - 0,5 % C-org, nordwestlich Hiddensee (K8) - 0,03 % C-org, Oderbucht (ODER) - 0,13 % C-org) wiesen sehr niedrige Konzentrationen auf. Teilweise lagen die Konzentrationen unter der Bestimmungsgrenze von 20 pg/g. An Station K8, nordwestlich Hiddensees konnten mit Ausnahme von p,p'-DDE keine CKW nachgewiesen werden und es ist zu überlegen, ob diese Station weiterhin auf organische Schadstoffe beprobt werden sollte.
Die Betrachtung der regionalen Verteilung der CKW im Oberflächensediment (Abbildung 9) zeigte eine deutliche Abhängigkeit vom organischen Kohlenstoff. So wurden im Arkonabecken (K7 und TF0110) und in der Mecklenburger Bucht die höchsten Gehalte und nordwestlich Hiddensees (K8) und in der Oderbucht die niedrigsten Konzentrationen beobachtet.
Die Belastung mit CKW bezogen auf den organischen Kohlenstoffanteil (Abbildung 10) zeigte keine eindeutige regionale Verteilung. Die Belastung der Sedimente mit PCB war recht homogen, der Gehalt an PCB lag bei etwa 10 - 30 CKW und organischem Kohlenstoff erfasst. Die größte Variabilität, begründet durch das sandige Sediment mit einem organischem Kohlenstoffgehalt <0,15 %, war an Station K8 zu erkennen, hier lagen die Konzentrationen teilweise nahe der Bestimmungsgrenze.
Wie auch in den Vorjahren beobachtet, zeigte die Belastung der Oberflächensedimente mit PAK (Abbildung 11) im Untersuchungsgebiet eine ähnliche Variabilität wie bei den PCB. Hohe Schadstoffkonzentrationen wurden an Stationen mit hohem organischem Kohlenstoffanteil (K7 und TF0110) verzeichnet, wogegen niedrige PAK-Belastungen an Stationen mit sandigem Sediment und niedrigem Kohlenstoffanteil (K8) beobachtet wurden. Dort lagen die Konzentrationen teilweise unter der Bestimmungsgrenze.
Bezogen auf den organischen Kohlenstoffgehalt lassen sich nur geringfügige regionale Unterschiede bei der Belastung mit PAK beobachten, niedrigere Konzentrationen waren in der Kieler Bucht, dem Fehmarnbelt und in der Oderbucht zu verzeichnen. Im übrigen Untersuchungsgebiet lag eine recht homogene Verteilung der PAK vor.
Da PAK einerseits ständig in unterschiedlichen Mengen z.B. durch Verbrennungsprozesse freigesetzt werden, anderseits aber eher photochemischen und biochemischen Abbauprozessen unterliegen, ist bei ihnen mit einer höheren Variabilität zu rechnen. Klare Trends in den Gehalten sind bei ihnen daher eher weniger zu erwarten, stattdessen relativ große Schwankungen über die Zeit. Deutlich war dieses an Station K7 im westlichen Arkonabecken zu beobachten: nach niedrigeren PAK Gehalten in den Jahren 2004/2005 folgte eine Periode von 4 Jahren mit hohen Konzentrationen, gefolgt von sehr niedrigen Konzentrationen in 2010 mit anschließend höheren Gehalten in 2011. Der Kohlenstoffgehalt an dieser Station lag mit Mittel um 6 %.

Im Rahmen von Forschung und Entwicklung wurden in 2010 die Arbeiten zum Nachweis von Aldrin, Endrin, Dieldrin, Heptachlor, Endosulfan und Quintozen fortgesetzt.
Auf der Expedition im August 2011 wurde in der Kieler Bucht/Fehmarnbelt, der Mecklenburger Bucht und der Oderbucht Oberflächenwasserproben zur Bestimmung der Drine entnommen. Die Probenahme erfolgte mit dem in-situ Pumpsystem aus der Reinstseewasserleitung des fahrenden Schiffes, wobei die partikuläre und gelöste Phase getrennt erfasst wurde. Die Partikel wurden von einem Glasfaserfilter (GF/F) zurückgehalten, während die gelösten Stoffe unter Verwendung von XAD-2-Festphasen aus dem Meerwasser extrahiert wurden. Mit Ausnahme von Dieldrin in der gelösten Phase auf zwei von drei Transekten konnten keine der gesuchten Substanzen in dem Oberflächenwasser der Ostsee nachgewiesen werden. Die Konzentration von Dieldrin in der gelösten Phase in der Kieler Bucht/Fehmarnbelt lag bei 10 pg/l und in der Mecklenburger Bucht bei 5 pg/l und liegen und liegen somit unter der Bestimmungsgrenze.
Aufgrund der vorliegenden Ergebnisse wird empfohlen die Arbeiten an der Methodenentwicklung zur Erfassung der Drine zu beenden und diese Komponenten aus der Liste der prioritären Stoffe zu entfernen. Im Bericht der HELCOM 2010 über gesundheitsschädlich Substanzen (Baltic Sea Environment Proceedings No. 120B) wurde berichtet, dass Aldrin, Dieldrin und Endrin im Seewasser nicht nachgewiesen wurden. Geringe Konzentrationen von alpha- und beta-Endosulfan wurden im Oberflächenwasser der deutschen Küsten gefunden, die Konzentrationen überstiegen aber nicht den Grenzwert von 0,5 ng/l (AA-EQS 2008/105/EG).
(AA-EQS: annual average - environmental quality standards) (2008/105/EG - die europäische UQNRL, UQNRL)

Abbildung 1: Karte der Probenahme-Stationen im Februar und August 2011, GIF-Graphik: 139 KB

Abbildung 1: Karte der Probenahme-Stationen im Februar und August 2011, HCH-Stationen (rot) und IPS-Beprobungstransekte T1 - T4 (Februar - schwarz, August - rot)

Abbildung 2: Karte der Probenahme-Stationen für Sediment im Juli 2011, GIF-Graphik: 135 KB

Abbildung 2: Karte der Probenahme-Stationen für Sediment im Juli 2011 (OMTF0110 entspricht K4)

Abbildung 3: HCH-Konzentrationen an der Station K4 (Arkonasee) zwischen 1975 und 2011, GIF-Graphik: 53 KB

Abbildung 3: HCH-Konzentrationen an der Station K4 (Arkonasee) zwischen 1975 und 2011

Abbildung 4: Abhängigkeit der HCH-Konzentrationen vom Salzgehalt, GIF-Graphik: 18 KB

Abbildung 4: Abhängigkeit der HCH-Konzentrationen vom Salzgehalt

Abbildung 5: Vergleich der DDT + Metaboliten Konzentration in der gelösten Phase im Februar und August 2011, GIF-Graphik: 15 KB

Abbildung 5: Vergleich der DDT + Metaboliten Konzentration in der gelösten Phase im Februar und August 2011

Abbildung 6: S PCB der Jahre 2001 bis 2011 in der Mecklenburger Bucht und Arkonasee, GIF-Graphik: 21 KB

Abbildung 6:PCB der Jahre 2001 bis 2011 in der Mecklenburger Bucht und Arkonasee

Abbildung 7: Vergleich von PAK Konzentrationen in der gelösten Phase im Februar und August 2011, GIF-Graphik: 17 KB

Abbildung 7: Vergleich von PAK Konzentrationen in der gelösten Phase im Februar und August 2011

Abbildung 8: Vergleich von %-Anteilen der einzelnen PAK in der gelösten Phase im Februar und August 2011, GIF-Graphik: 16 KB

Abbildung 8: Vergleich von %-Anteilen der einzelnen PAK in der gelösten Phase im Februar und August 2011

Abbildung 9: CKW-Gehalte (pg/g TS) im Oberflächensediment im Juli 2011, GIF-Graphik: 28 KB

Abbildung 9: CKW - Gehalte (pg/g TS) im Oberflächensediment im Juli 2011

Abbildung 10: CKW-Gehalte bezogen auf organischen Kohlenstoff im Oberflächensediment im Juli 2011, GIF-Graphik: 24 KB

Abbildung 10: CKW - Gehalte bezogen auf organischen Kohlenstoff im Oberflächensediment im Juli 2011

Abbildung 11: PAK-Konzentrationen im Oberflächensediment an 7 BLMP-Stationen (Juli 2011), GIF-Graphik: 23 KB

Abbildung 11: PAK-Konzentrationen im Oberflächensediment an 7 BLMP-Stationen (Juli 2011)

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 © 2017 Bundesamt für Seeschifffahrt und Hydrographie Aktualisiert am: 08.05.2013 14:47:40  
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