Schwermetalle in Böden: Analytik, Konzentration, Wechselwirkungen ; mit 83 Tabellen
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Berlin [u.a.]
Springer
1999
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Titel: Schwermetalle in Böden
Autor: Alloway, Brian J.
Jahr: 1999
Inhaltsverzeichnis
1 Einleitung. 1
Literatur.7
Teil I - Allgemeine Grundlagen
2 Vorgänge in Böden und das Verhalten von Schwermetallen . 11
2.1 Einführung in die Bodenkunde . 11
2.2 Schlüsseleigenschaften von Böden. 12
2.2.1 Bodenreaktion. 12
2.2.2 Organisches Material in Böden. 13
2.2.3 Tonmineralien . 15
2.2.4 Oxide des Eisens, Mangans und Aluminiums. 17
2.2.5 Oxidation und Reduktion in Böden . 18
2.3 Adsorption von Metallionen durch Böden und Bodenbestandteile.20
2.3.1 Kationenaustausch .20
2.3.2 Spezifische Adsorption.21
2.3.3 Mitfällung .22
2.3.4 Schwerlösliche Schwermetallverbindungen in Böden .23
2.3.5 Organische Komplexbildung.24
2.3.6 Selektivität von Adsorbenzien für bestimmte Metalle .24
2.3.7 Quantitative Beschreibung der Metallionenadsorption.25
2.3.8 Adsorption als Oberflächenkomplexbildung.26
2.3.9 Biologische Methylierung von Schwermetallen.28
2.4 Schwermetalle im System Boden-Pflanze.28
2.4.1 Wechselwirkungen zwischen Boden und Pflanze.28
2.4.2 Aufnahme von Schwermetallen durch Pflanzen .28
2.4.3 Absorption von Metallen durch Blätter.31
2.4.4 Umlagerung von Metallen in Pflanzen.32
2.4.5 Wechselwirkungen zwischen Metallen und anderen Elementen.33
2.4.6 Biologische Bedeutung von Spurenelementen.33
2.4.7 Auftreten von Mikronährstoffmangel bei Pflanzen.35
2.4.8 Schwermetalltoxizität bei Pflanzen.36
2.4.9 Schwermetalle und mikrobielle Biomasse .37
Literatur.38
3 Herkunft von Schwermetallen in Böden .41
3.1 Geochemische Herkunft.41
3.2 Bodenbildung und Umlagerung von Schwermetallen in Böden .44
3.2.1 Bodenbildung.45
XIV Schwermetalle in Böden
3.3 Quellen von Schwermetallverunreinigungen in Böden.46
3.3.1 Erzbergbau und Verhüttung.46
3.3.2 Landwirtschafts- und Gartenbaumaterialien .48
3.3.3 Klärschlämme .49
3.3.4 Verbrennung fossiler Brennstoffe.52
3.3.5 Metallverarbeitende Industrie.53
3.3.6 Elektronikindustrie.53
3.3.7 Chemische Industrie und sonstige industrielle Quellen .53
3.3.8 Abfallentsorgung.54
3.3.9 Sportschießen.54
3.3.10 Militärische Konflikte und Manöver.55
3.4 Schwermetalle aus atmosphärischer Ablagerung.55
3.5 Schwermetallkonzentrationen in landwirtschaftlichen Böden .58
Literatur.60
4 Methoden zur Analyse von Schwermetallen in Böden.63
4.1 Einführung: Analysearten .63
4.2 Probenahme.64
4.3 Trocknung und Lagerung von Proben, Teilprobenahme.65
4.4 Verunreinigung .66
4.5 Eichsubstanzen.67
4.6 Verfahren zur Gesamtanalyse fester Proben .68
4.6.1 Röntgenfluoreszenzanalyse (RFA).68
4.6.2 Neutronenaktivierungsanalyse (NAA) .70
4.6.3 Funkenbogen-Atomemissionsspektrometrie (DCA-AES).71
4.6.4 Gesamtanalyse von Aufschlämmungen .73
4.7 Säurelösung zur Gesamtanalyse gelöster Proben.73
4.8 Schmelzaufschlußverfahren zur Herstellung von gelösten Proben
für die Gesamtanalyse.75
4.9 Pseudogesamtanalysen: Aufschluß mit starken Säuren.76
4.10 Atomspektrometrische Verfahren zur Analyse von Lösungen.78
4.10.1 Atomabsorptionsspektrometrie (AAS).79
4.10.2 Atomemissionsspektrometrie (AES).88
4.10.3 Massenspektrometrie.94
4.11 Besondere Methoden bei der Atomspektrometrie.94
4.11.1 Hydridbildungsverfahren .94
4.11.2 Atomsamrnel-Atomabsorptionsspektrornetrie (ATAAS).95
4.11.3 Vorkonzentrations-und Separationsverfahren bei der Atomspektrometrie .96
4.11.4 Kaltdampf-AtomabsorptionsspektrometrieiCVAAS).97
4.12 Analyse von Bodenextrakten.97
4.12.1 Bodenextraktionsverfahren .97
4.13 Speziationsanalyse .99
4.14 Neuere Anwendungen der Atomspektrometrie. 102
4.15 Schlußbemerkungen. 102
Literatur. 103
Inhaltsverzeichnis XV
Teil II - Einzelne Elemente
5 Arsen . 113
5.1 Einleitung. 113
5.2 Geochemische Verbreitung. 113
5.3 Herkunft von Arsen in Böden. 114
5.3.1 Bodenausgangsmaterialien. 114
5.3.2 Landwirtschaftliche Materialien. 115
5.3.3 Atmosphärische Deposition. 116
5.3.4 Klärschlämme . 116
5.3.5 Andere Arsenquellen. 117
5.4 Chemisches Verhalten im Boden. 118
5.5 Arsen im System Boden-Pflanze. 123
5.6 Verunreinigte Böden. 126
5.7 Schlußbemerkungen. 127
Literatur. 128
6 Blei. 131
6.1 Einleitung. 131
6.2 Chemie und Geochemie von Blei. 131
6.2.1 Angewandte Chemie. 131
6.2.2 Bleigehalt von Gesteinen und Böden. 132
6.3 Herkunft von Blei in Böden. 133
6.3.1 Blei aus Autoabgasen. 133
6.3.2 Atmosphärische Deposition von Blei. 134
6.3.3 Blei in städtischen Böden. 136
6.3.4 Verunreinigungen durch Bergbau und Metallhütten. 137
6.3.5 Blei aus landwirtschaftlichen Materialien. 138
6.4 Blei in Bodenprofilen. 139
6.5 Chemisches Verhalten von Blei in Böden. 140
6.5.1 Verbleib von in Böden eingetragenem Blei und seiner Verbindungen. 140
6.5.2 Blei in den verschiedenen Bodenfraktionen. 141
6.5.3 Blei in der Bodenlösung. 142
6.6 Blei im System Boden-Pflanze. 143
6.6.1 Aufnahme von Blei aus Böden und Umlagerung in die Triebe . 143
6.6.2 Luftverfrachtetes Blei und seine Deposition auf Blättern. 144
6.6.3 Bodenfaktoren bei der Steuerung.der Bleiaufnahme. 145
6.7 Blei und Mikroorganismen im Boden. 145
6.8 Schlußbemerkungen. 146
Literatur. 146
7 Cadmium. 151
7.1 Einleitung. 151
7.2 Geochemische Verbreitung. 152
7.3 Herkunft von Cadmium in Böden. 153
7.3.1 Bodenausgangsmaterialien. 153
XVI Schwermetalle in Böden
7.3.2 Landwirtschaftliche Materialien. 156
7.3.3 Atmosphärische Deposition. 158
7.3.4 Klärschlämme . 159
7.3.5 Weitere Cadmiumquellen. 161
7.3.6 Cadmiumeinträge in Böden: Zusammenfassung. 161
7.4 Chemie von Cadmium in Böden. 161
7.4.1 Speziaü'on von Cadmium in der Bodenlösung. 161
7.4.2 Adsorption von Cadmium in Böden . 162
7.5 Cadmium im System Boden-Pflanze. 165
7.5.1 Einfluß von Bodenfaktoren auf die Cadmiumaufnahme durch Pflanzen. 166
7.5.2 Einfluß pflanzlicher Faktoren auf die Cadmiumaufnahme aus Böden. 170
7.6 Mit Cadmium verunreinigte Böden. 171
7.6.1 Verunreinigungen durch Erzbergbau und-Verhüttung. 171
7.6.2 Bodenverunreinigung durch intensive Ausbringung von Klärschlamm. 173
7.6.3 Sanierung und Regenerierung cadmiumverunreinigter Böden. 176
7.7 Schlußbemerkungen. 177
Literatur. 178
8 Chrom und Nickel. 183
8.1 Einleitung. 183
8.1.1 Verwendung. 183
8.1.2 Biologische Bedeutung . 184
8.2 Geochemische Verbreitung. 186
8.3 Herkunft von Chrom und Nickel in Böden . 187
8.3.1 Nickel und Chrom in Böden und Bodenausgangsmaterialien. 187
8.3.2 Landwirtschaftliche Materialien. 189
8.3.3 Atmosphärische Deposition. 190
8.3.4 Klärschlämme . 192
8.3.5 Andere Chrom- und Nickelquellen . 194
8.4 Chemisches Verhalten im Boden. 196
8.5 Chrom und Nickel im System Boden-Pflanze.200
8.6 Verunreinigte Böden.203
8.7 Schutz des Bodens vor Chrom und Nickel.204
Literatur.206
9 Kupfer.211
9.1 Einleitung.211
9.2 Geochemische Verbreitung von Kupfer.212
9.3 Herkunft von Kupfer in Böden .214
9.3.1 Bodenausgangsmaterialien.214
9.3.2 Landwirtschaftliche Materialien.216
9.3.3 Atmosphärische Deposition.217
9.3.4 Klärschlämme .,.218
9.4 Chemisches Verhalten von Kupfer im Boden.220
9.4.1 Löslichkeit von Kupfer(ii)-Mineralien und Bodenkupfer .221
9.4.2 Kupferadsorption durch Böden.222
Inhaltsverzeichnis XVII
9.5 Kupfer im System Boden-Pflanze.225
9.5.1 Kupfer und Pflanzenernährung.225
9.5.2 Adsorption und Umlagerung von Kupfer.227
9.6 Verunreinigte Böden.228
9.7 Kupfer in der Kette Boden-Pflanze-Tier.231
9.8 Der Baker-Test zur Bodendiagnose .233
9.9 Schlußbemerkungen.236
Literatur.237
10 Mangan und Cobalt.241
10.1 Einleitung.241
10.1.1 Vorbemerkung zu Mangan.241
10.1.2 Vorbemerkung zu Cobalt.242
10.2 Geochemische Verbreitung.243
10.2.1 Verbreitung von Mangan .243
10.2.2 Verbreitung von Cobalt.244
10.3 Herkunft von Mangan und Cobalt in Böden.245
10.3.1 Mangan in Böden.245
10.3.2 Cobalt in Böden .246
10.4 Chemische Eigenschaften von Mangan und Cobalt
und ihr Einfluß auf die Verfügbarkeit für Pflanzen .247
10.4.1 Verfügbarkeit von Mangan .247
10.4.2 Verfügbarkeit von Cobalt.254
10.5 Abschätzung der Pflanzenverfügbarkeit .259
10.5.1 Bodenextraktion bei Mangan.259
10.5.2 Bodenextraktion bei Cobalt.259
10.5.3 Beurteilung mittels Isotopenaustausch.260
10.6 Schlußbemerkungen.261
Literatur.262
11 Quecksilber.265
11.1 Einleitung.265
11.1.1 Gegenwärtige Verwendung des Quecksilbers.265
11.1.2 Freisetzung von Quecksilber in die Umwelt .266
11.1.3 Schädliche Auswirkungen von Quecksilber.267
11.2 Geochemische Verbreitung.268
11.3 Herkunft von Quecksilber in Böden.268
11.3.1 Bodenausgangsmaterialien.269
11.3.2 Atmosphärische Deposition .270
11.3.3 Landwirtschaftliche Materialien.271
11.3.4 Klärschlämme .271
11.4 Chemisches Verhalten von Quecksilber in Böden.272
11.4.1 Vorkommen und Stabilität anorganischer Quecksilberspezies in Böden.272
11.4.2 Verflüchtigung von Quecksilber aus Böden .272
11.4.3 Auswaschung von Quecksilber aus Böden .273
11.4.4 Retention von Quecksilber in Böden .274
XVIII Schwermetalle in Böden
11.4.5 Methylierang von Quecksilber in Böden .274
11.4.6 Gehalte und Verteilung von Quecksilber in Böden.275
11.5 Quecksilber im System Boden-Pflanze.277
11.6 Untersuchungen an quecksilberverschmutzten Böden.278
11.7 Weltweite Quecksilberbilanz .278
Literatur.279
12 Selen .283
12.1 Einleitung.283
12.2 Geochemische Verbreitung.284
12.3 Herkunft von Selen in Böden.285
12.3.1 Bodenausgangsmaterialien.285
12.3.2 Landwirtschaftliche Materialien.286
12.3.3 Atmosphärische Deposition.287
12.3.4 Klärschlämme .287
12.4 Chemisches Verhalten in Böden.288
12.4.1 Speziation: anorganische Ionen.288
12.4.2 Speziation: organische Ionen .290
12.4.3 Adsorption .291
12.4.4 Biologische Umwandlungsprozesse.294
12.4.5 Selen im Grundwasser.295
12.4.6 Unterschiedliches Verhalten in Meerwasser und marinen Sedimenten.296
12.5 Selen im System Boden-Pflanze .296
12.6 Verunreinigte Böden: Fallbeispiele.300
12.6.1 Kalifornien .300
12.6.2 China.303
12.7 Schlußbemerkungen.303
Literatur.304
13 Zink .309
13.1 Einleitung.309
13.2 Geochemische Verbreitung von Zink.310
13.3 Herkunft von Zink in Böden.310
13.3.1 Bodenausgangsmaterialien.310
13.3.2 Atmosphärische Deposition .311
13.3.3 Einsatz von Klärschlämmen in der Landwirtschaft.311
13.3.4 Agrochemikalien.312
13.4 Chemisches Verhalten von Zink in Böden.313
13.4.1 Zinkfraktionen in Böden .313
13.4.2 Löslichkeit von Zink in Böden.314
13.4.3 Adsorption und Desorption von Zink in Böden.317
13.4.4 Einfluß organischer Substanzen auf das Verhalten von Zink in Böden.320
13.5 Zink im System Boden-Pflanze.323
13.5.1 Parameter der Verfügbarkeit von Zink in Böden .323
13.5.2 Bestimmung der Verfügbarkeit von Zink in Böden.324
13.5.3 Artspezifische Unterschiede in der pflanzlichen Zinkaufnahme.326
Inhaltsverzeichnis XIX
13.6 Mit Zink verunreinigte Böden.326
13.6.1 Verunreinigung durch Erzbergbau und Verhüttung.327
13.6.2 Bodenverunreinigung durch intensive Ausbringung von Klärschlamm.327
13.7 Schlußbemerkungen.328
Literatur.328
14 Weniger häufig vorkommende Elemente.333
14.1 Antimon .333
14.2 Gold .338
14.3 Molybdän .345
14.4 Silber.353
14.5 Thallium.360
14.6 Uran .367
14.7 Vanadium.:.374
14.8 Zinn.381
Anhang
ANH 1 Chemische Eigenschaften der Schwermetalle.387
ANH 2 Schwermetallgehalte von Böden und Pflanzen.388
ANH 3 Zulässige Höchstwerte für Schwermetallgehalte
in mit Klärschlamm behandelten Böden in verschiedenen Ländern .389
ANH 4 Bestimmungen der amerikanischen Umweltschutzbehörde EPA
für auf Böden aufgebrachte Klärschlämme.389
ANH 5 Länderübergreifende SM-Hintergrundwerte
aus ländlich geprägten Gebieten in Deutschland .390
ANH 6 Schwellenkonzentrationen für Metalle in verunreinigten Böden
Großbritanniens (DOE-ICRCL).394
ANH 7 Richtwerte und Qualitätsstandards der Niederlande
zur Beurteilung von Bodenverunreinigungen.395
ANH 8 Elementgehalte in ausgewählten zertifizierten Eichmaterialien.395
ANH 9 Vergleich der US-amerikanischen Bodentaxonomie
mit dem Bodenklassifizierangsschema der FAO/UNESCO .399
ANH 10 Trivialnamen und botanische Bezeichnungen
landwirtschaftlich genutzter Pflanzen.400
Internetadressen
URL 1 Institute, an denen Beitragsautoren dieses Werks beschäftigt sind/waren .401
URL 2 Schwermetalle.401
URL3 Spurenelemente.402
URL 4 Analytik.403
URL 5 Bezugsquellen für Eichsubstanzen.403
URL 6 Geowissenschaften.403
URL 7 Boden-und Landwirtschaftskunde .406
URL 8 Bodenverschmutzung.408
XX Schwermetalle in Böden
URL 9 Entsorgung.408
URLIO Toxikologie .409
URL 11 Forschungszentren.409
URL 12 Ökologie und Umweltschutz.409
URL 13 Gesetzliche Bestimmungen.411
URL 14 Behörden, Ministerien und Verbände .412
URL 15 Virtuelle Bibliotheken, Datenbanken und Suchmaschinen.413
URL 16 On-line Zeitschriften.414
Deutschsprachige Literatur
LIT 1 Schwermetalle.416
LIT 1.1 Allgemeines zu Schwermetallen .416
LIT 1.2 Schwermetalle in Gesteinen und Böden.418
LIT 1.3 Schwermetalle in Wässern und Sedimenten.436
LIT 1.4 Schwermetalle in der Atmosphäre, Filterung.447
LIT 1.5 Schwermetalle in Pflanzen und Pilzen.450
LIT 1.6 Schwermetalle in Mensch und Tier.455
LIT 1.7 Schwermetalle in sonstigen Stoffen.457
LIT 2 Spurenelemente.459
LIT3 Analytik.460
LIT 3.1 Vorbereitung, Auswertung.460
LIT 3.2 Chemische/Physikalische Methoden.462
LIT 3.3 Biologische/Chemische Methoden.471
LIT 4 Biologie.474
LIT 5 Botanik, Biologie der Pflanzen .475
LIT 6 Chemie.475
LIT 7 Physik.476
LIT 8 Geologie.477
LIT 9 Geographie, Bodenbeobachtung, Kataster.478
LIT 10 Mineralogie und Petrologie.479
LIT 11 Bergbau und Verhüttung.481
LIT 12 Wasserkunde.483
LIT 13 Bodenkunde .484
LIT 14 Bodenschutz- und -Sanierung.485
LIT 15 Land-und Forstwirtschaft.489
LIT 16 Abprodukte/Deponien/Altlasten .491
LIT 17 Wasser-und Abwasserbehandlung .497
LIT 18 Toxikologie .501
LIT 19 Ökologie und Umweltschutz.503
LIT 20 Umweitrecht.507
LIT 21 Grenz- und Richtwerte.509
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