SediMet Projekt (2026-2029)
Erhebung von natürlichen Metall- und Schadstoff Hintergrundkonzentrationen im Sediment der Deutschen Bucht und Evaluierung der Bestimmungsmethoden
Die fortschreitende anthropogene Nutzung der Nordsee durch Schifffahrt und den anhaltenden Ausbau von Offshore Windenergie bedingen einen immer stärker werdenden Eingriff in die Meeresumwelt sowie den damit verbundenen Eintrag einer Vielzahl von z.T. neuen chemischen Stoffen. Zusätzlich tragen die einmündenden Flusssysteme kontinuierlich ein komplexes chemisches Stoffmuster in die Nordsee ein, dass vor allem durch anthropogene Aktivitäten in den entsprechenden Einzugsgebieten definiert wird. Sedimente spielen eine zentrale Rolle im marinen Umweltmonitoring, da sie als Senke für Schadstoffe fungieren und somit wertvolle Informationen über anthropogene Einflüsse, Trends und natürliche Hintergrundbelastungen liefern, die regional stark unterschiedlich sein können und durch verschiedene natürliche Faktoren bedingt werden.
Vor diesem Hintergrund verfolgt das Projekt SediMet das Ziel, Hintergrundkonzentrationen ausgewählter, aktueller Schadstoffgruppen in Sedimenten der Deutschen Bucht systematisch zu erfassen. Dabei werden die stofflichen Belastungen untersucht, um neue aktuelle Hintergrundinformationen für die ausgewählten Stoffe zu ermitteln. Daneben soll der Einfluss unterschiedlicher Probenvorbereitungs- und Normierungstechniken auf die ermittelten Element Massenfraktionen der ausgewählten Schwermetalle analysiert werden. Die bestehenden Normalisierungsansätze werden systematisch erfasst und ihre Anwendbarkeit für Sedimente der Deutschen Bucht bewertet, um Empfehlungen für eine zukünftige konsistente und vergleichbare Bewertung bekannter wie auch neuartiger anorganischer Schadstoffklassen abzuleiten.
(Foto: Sabine Billerbeck/Hereon)
Die fortschreitende anthropogene Nutzung der Nordsee durch Schifffahrt und den anhaltenden Ausbau von Offshore Windenergie bedingen einen immer stärker werdenden Eingriff in die Meeresumwelt sowie den damit verbundenen Eintrag einer Vielzahl von z.T. neuen chemischen Stoffen. Zusätzlich tragen die einmündenden Flusssysteme kontinuierlich ein komplexes chemisches Stoffmuster in die Nordsee ein, dass vor allem durch anthropogene Aktivitäten in den entsprechenden Einzugsgebieten definiert wird. Sedimente spielen eine zentrale Rolle im marinen Umweltmonitoring, da sie als Senke für Schadstoffe fungieren und somit wertvolle Informationen über anthropogene Einflüsse, Trends und natürliche Hintergrundbelastungen liefern, die regional stark unterschiedlich sein können und durch verschiedene natürliche Faktoren bedingt werden. Sich verändernde Produktionsprozesse sowie veränderte Produktportfolios führen aktuell dazu, dass neben den „traditionellen“ anorganischen Kontaminanten (z.B. Cd, Pb, Hg, Cu, Zn, As) auch andere Schwermetalle wie seltene Erden (REEs) oder Elemente der Platingruppe (PGEs) neben einer Vielzahl von organischen Substanzen wie PFAS oder neuen Schadstoffklassen wie Mikro- und Nanoplastik vermehrt in die Umwelt eingetragen werden. Die Interpretation von Schadstoffkonzentrationen in Sedimenten ist jedoch komplex. Insbesondere Schwermetalle und andere Kontaminanten akkumulieren bevorzugt in der Feinkornfraktion und an organischen Bestandteilen. Dies führt zu einer systematischen Verdünnung der Konzentrationen in Sedimenten mit hohem Grobanteil und beeinflusst die Vergleichbarkeit von reinen Massenfraktionswerten. Dies erschwert oftmals auch die eigentliche Schadstoffanalyse, was zu lückenhaften Datensätzen führen kann.
Um diese natürliche Variabilität zu reduzieren und eine belastbare Vergleichbarkeit zwischen Proben unterschiedlicher Herkunft und Zusammensetzung zu ermöglichen, werden aktuell verschiedene Normierungsverfahren eingesetzt.
Die Sediment-Normierung umfasst verschiedene Ansätze, darunter:
- Siebung auf definierte Korngrößenfraktionen (z. B. <63 µm oder <20 µm)
- Normalisierung auf konservative Elemente wie Aluminium (Al), Lithium (Li) oder Scandium (Sc) und Gesamtkohlenstoff (TOC)
- Normierung auf bestimmte Korngrößenfraktionsanteile
- Nutzung geochemische Mischungsmodelle zur Bestimmung sogenannter Pivot-Werte
- Berechnung von Anreicherungsfaktoren und Geoakkumulationsindizes zur Bewertung anthropogener Einflüsse
Die Auswahl geeigneter Normierungsstrategien ist entscheidend für die Aussagekraft der Daten: Während Aluminium häufig verwendet wird, können dessen Massenfraktionen durch z.B. Feldspat reiche Sedimente verfälscht werden. Die Fraktionierung der Probe durch Siebung vor der Messung bedeutet hingegen einen erheblichen Mehraufwand im Labor und die Bestimmung von Pivot-Werten erfordert aufwändige Versuchsreihen und ist stark gebietsabhängig, wodurch eine einfache Anwendung entsprechender Methoden erschwert wird. Empfehlungen zur Normierung von Sedimentdaten existieren und werden im Rahmen der regionalen Assessments angewendet (OSPAR, HELCOM). Dennoch steht die Vergleichbarkeit von Datensätzen, die von unterschiedlichen Institutionen mit verschiedenen Methoden erhoben wurden, immer wieder in der Diskussion innerhalb der verschiedenen Gremien (z.B. OSPAR WG MIME). Dies erschwert vor allem auf internationaler Ebene den Vergleich von Daten wie auch die generelle Bewertung der jeweiligen Belastungssituationen oder dem Erfolg von EU weiten Reduktionsmaßnahmen. Erschwerend kommt hinzu, dass für unterschiedliche Stoffklassen unterschiedliche Normierungsmethoden angewendet werden (beispielsweise Siebung auf 2 mm oder <63 µm für organische Analyten und <63 µm oder <20 µm für Metalle). Eine weitere Unsicherheit in Bezug auf die Vergleichbarkeit der Daten im Bereich der anorganischen Schadstoffe ergibt sich durch die eingesetzten Aufschluss- und Extraktionsmethoden, die in Abhängigkeit von der eingesetzten Technik und den damit verbundenen Aufschluss und Extraktionschemikalien unterschiedliche in der Probe enthaltene Schadstofffraktionen erfassen können. So erfasst ein sequenzielles Leaching mit wässrigen Pufferlösungen gerade einmal die labil gebundene Elementfraktion, während ein Totalaufschluss mit HF selbst die in der Silikatmatrix enthaltenen Ionen in Lösung bringt. Entsprechend unterschiedlich können die gemessenen Massenfraktionen ausfallen.
Eine weitere Schwierigkeit im Bereich der generellen Bewertung der aktuellen Belastungssituation der marinen Umwelt ergibt sich dadurch, dass es aktuell insbesondere für die bereits oben erwähnten neuen Schadstoffgruppen keine validen Hintergrundwerte oder passende Bewertungsgrundlagen gibt. Zur Bewertung von Massenanteilen verschiedener Schadstoffe ist es notwendig die entsprechenden Hintergrundwerte zu kennen, um eine erhöhte Belastung in einem Ökosystem als solche erkennen zu können bzw. falsche Einschätzungen zu vermeiden. Diese können sich beispielsweise bei anorganischen Schadstoffen ergeben, wenn besondere geologische Gegebenheiten vorliegen, die einen natürlich/geogen bedingten erhöhten Hintergrund für einzelne Elemente verursachen. Im dynamischen System der deutschen Bucht, können diese Werte daher stark ortsabhängig sein bzw. zusätzlich durch anthropogene Einflüsse aus der Vergangenheit geprägt sein, was entsprechende Bewertungen generell erschwert.
Vor diesem Hintergrund verfolgt das Projekt SediMet das Ziel, Hintergrundkonzentrationen ausgewählter, aktueller Schadstoffgruppen in Sedimenten der Deutschen Bucht systematisch zu erfassen. Dabei werden die stofflichen Belastungen untersucht, um neue aktuelle Hintergrundinformationen für die ausgewählten Stoffe zu ermitteln. Daneben soll der Einfluss unterschiedlicher Probenvorbereitungs- und Normierungstechniken auf die ermittelten Element Massenfraktionen der ausgewählten Schwermetalle analysiert werden. Die bestehenden Normalisierungsansätze werden systematisch erfasst und ihre Anwendbarkeit für Sedimente der Deutschen Bucht bewertet, um Empfehlungen für eine zukünftige konsistente und vergleichbare Bewertung bekannter wie auch neuartiger anorganischer Schadstoffklassen abzuleiten. Dabei werden sowohl internationale Konventionen (z.B. OSPAR CEMP Guidelines) und Normen als auch regionale Besonderheiten berücksichtigt, um eine belastbare Grundlage für zukünftige Monitoring Programme und Umweltbewertungen für die Deutsche Nordsee zu schaffen. Die Ergebnisse des Projektes sind direkt nutzbar für die nationalen und internationalen Gremienarbeiten des BSH (OSPAR, HELCOM, BLANO Fach AG SbE) sowie im Kontext der Umsetzung der Meeresschutzrichtlinie (MSRL) (Deskriptor 8) für die Deutsche Nordsee.
Das übergeordnete Ziel einer wissenschaftlich fundierten Bewertungsgrundlage für die Schadstoffbelastung der Deutschen Bucht unter Berücksichtigung neuer Stoffklassen sowie methodischer Einflüsse, soll wie folgt erreicht werden und gliedert sich in die folgenden Teilziele:
- Identifikation von relevanten Schadstoffklassen für die Bewertung der Belastung der Deutschen Bucht mit einem Fokus auf sog. „emerging contaminants“
- Ermittlung von Hintergrundwerten für die Sedimente der deutschen Bucht für eine Auswahl der identifizierten Schadstoffe anhand von chemisch-analytischen Untersuchungen von repräsentativen Sedimentkernen/Oberflächenproben aus der deutschen Bucht
- Systematische Untersuchung, Vergleich und Bewertung unterschiedlicher Probenvorbereitungs- und Normierungsansätzen auf die Massenfraktionen ausgewählter Schwermetalle.