Die historische Entwicklung der Belastung des Sedimentes durch hydrophobe organische Schadstoffe in der Deutschen Bucht

Abstract

In der folgenden Arbeit wurden zwei Sedimentkerne aus der Helgoländer Mulde (Länge 24 und 28 cm) aufgearbeitet und mittels GC-MS Messverfahren qualitativ und quantitativ auf organische Schadstoffe analysiert. Ziel dieser Untersuchungen ist es, (a) die verschiedenen Schadstoffkonzentrationen durch einen Vergleich der industriellen Herstellung und Regulierungen zeitlich einzuordnen und (b) die Ergebnisse mit vorhandenen Grenzwerten der OSPAR Commission zu vergleichen. In dieser Arbeit wurden 15 polyzyklische aromatische Kohlenwasserstoffe (PAK), sieben polychlorierte Biphenyle (PCB), drei Hexachlorcyclohexan Isomere (α-, β- und γ-HCH Isomere), Dichlor-diphenyl-trichlorethan (p,p‘DDT) und dessen Metabolite (p,p’DDD, p,p‘DDE) sowie Hexachlorbenzol (HCB) untersucht, da diese Substanzen eine große Umweltrelevanz und ein starkes Gefährdungspotenzial aufweisen. Die Konzentrationen im ersten Kern (“Helgoländer Mulde” 54° 6,660’ N – 8° 2,342’ E) nahmen in den unteren Sedimentschichten zu, während sie in den oberen Schichten abnahmen (von 7 cm bis 1 cm Tiefe). Die maximale Konzentration aller untersuchten Substanzen wurde im oberen Drittel des Kerns erreicht. In Verbindung mit dem Beginn der industriellen Herstellung, Verboten und Regulierungen und der für dieses Gebiet üblichen Sedimentierungsrate konnten die Schadstoffeinträge zeitlich eingeordnet werden. Im zweiten Kern (“Helgoländer Mulde” 54° 3,203’ N – 8° 1,085’ E) war es nicht möglich die ermittelten Konzentrationen in einen zeitlichen Kontext zu bringen. Hier wurden steigende Konzentrationen bis in die oberste Schicht des Kerns nachgewiesen. Eine Ausnahme stellten dabei die PCB und die 5- und 6-Ring-PAK dar. Für diese Komponenten wurden zwei annähernd gleiche hohe Konzentrationsmaxima in den mittleren Schichten des Kerns ermittelt (bei 9 und 17 cm). Um den Zustand des Meeresbodens beurteilen zu können, wurden die Messergebnisse dahingehend überprüft, ob sie OSPAR-Bewertungskriterien einhalten (Environmental Assessment Criteria – EAC, Effects Range Low - ERL). In beiden Kernen wurden der EAC von CB 118 in etwa der Hälfte der Sedimentschichten überschritten. Der ERL wurde von BghiP in allen Schichten des ersten Kerns und in 6 von 14 Schichten des zweiten Kerns überschritten.

In the following thesis, two sediment cores from the Helgoland Mulde (length of 24 and 28 cm, respectively) were investigated and analyzed qualitativly and quantitativly for organic pollutants by gas chromatography mass spectrometry. The aim of this research is (a) to set the concentrations of the investigated pollutants into an historical context by chronological classification e.g. by comparison with the time of industrial production or legal bans and (b) to compare the results with existing threshold values given by the OSPAR Commission. Within this thesis 15 polyaromatic hydrocarbons (PAH), seven polychlorinated biphenyls (PCB), three hexachlorcyclohexane isomers (α-, β- and γ-), Dichlorodiphenyltrichloroethane and two of its metabolites (p,p’DDD, p,p’DDE) and hexachlorbenzene were investigated due to their environmental relevance and high potential of hazard. The concentrations of the first core (“Helgoländer Mulde” 54° 6,660’ N – 8° 2,342’ E) increased in the lower layers of sediment and decreased in the upper layers (from the 7 to 1 cm). The maximum concentration for each of the investigated substances was detected the upper third of the core. Using the time of industrial production, restrictions, legal bans and sedimentation rate for the studied area, it was possible to set the determined pollutant concentrations in the first core into a chronological context. Thus the effects of restrictions and legal bans on contaminant trends could clearly be followed. However, for the second core (“Helgoländer Mulde” 54° 3,203’ N – 8° 1,085’ E) it was not possible to identify a reasonable time scale due to a possible disturbance of its sediment layers by bioturbation or harbor sludge dumping. The concentrations of the investigated compounds in the second core were increasing up to the topmost layer with the exception of the PCB, 5- and 6-ring-PAH which showed two analogical maxima of concentrations in the middle layers of the core (9 to 17 cm). In order to assess the state of the sea floor the determined concentrations in both sediment cores were compared to the assessment criteria set by the OSPAR Commission (Environmental Assessment Criteria – EAC, Effects Range Low - ERL). In both cores the concentrations of the planar chlorinated biphenyl (CB 118) exceeded the EAC in roughly half of the analysed sediment layers. The ERL was exceeded by Benzo[ghi]perylene in all layers of the first core and in 6 of 14 layers of the second core.