Gesteinsmagnetische Indikatoren für  Schwermetallgehalte in Böden und Sedimenten

Magnetische Parameter sind empfindliche Indikatoren für Variationen der Art, Korngrösse und Konzentration magnetischer Partikel in Böden und Gesteinen. Ein wesentlicher Vorteil der geophysikalischen Methode ist die Möglichkeit der kostengünstigen Erweiterung und Verdichtung von Informationen über Umweltbelastungen.

Viele Schwermetall-Emissionen sind hochmagnetische Partikel, die mit Hilfe der magnetischen Suszeptibilität und anderer Parameter rasch und eindeutig nachgewiesen werden können. Durch anthropogene Beeinflussung kann die magnetische Suszeptibilität von Sedimenten und Böden um ein Vielfaches der natürlichen Grössenordnungen erhöht werden. Untersuchungen von Böden und Sedimenten zeigten statistisch signifikante Zusammenhänge zwischen der magnetischen Suszeptibilität und bestimmten Schwermetallkonzentrationen, jeweils in Abhängigkeit von der Grösse und chemischen Zusammensetzung der für die Schwermetallanomalie verantwortlichen Partikel. Insbesondere bei partikulärem Schwermetall-Eintrag (Staub, Verbrennungsrückstände, Klärschlamm) kann die magnetische Suszeptibilität als Indikator für die Schwermetallbelastung herangezogen werden.

Die Messung der magnetischen Suszeptibilität kann an beliebigem Probenmaterial im Labor, aber auch direkt im Gelände durchgeführt werden. Diese Untersuchungsmethoden werden mit Erfolg seit Jahrzehnten in der interdisziplinären Umweltforschung angewandt. Mit vergleichsweise geringem Aufwand können dabei kontaminierte Horizonte eingegrenzt und das Ausmaß der Anreicherungen abgeschätzt werden.

Magnetische Parameter von Strukturmaterial-, Klärschlamm- und Kompostproben aus der Kläranlage Leoben wurden bestimmt, um deren Einsatzmöglichkeit als Indikatoren für umweltrelevante Schwermetalle im Raum Leoben zu untersuchen. Die Ergebnisse der magnetischen Untersuchungen stimmen mit jenen der chemischen Analysen gut überein. Zwischen den analysierten Schwermetallen und den magnetischen Parametern konnte ein ausgeprägter Zusammenhang gefunden werden.
Magnetische Messmethoden können chemische Analysen und mineralogische Untersuchungen nicht ersetzen, stellen jedoch als Indikator für Schwermetallemissionen eine rasche und ökonomische Beurteilungsgrundlage dar.

Magnetische Messungen von Bodenproben der österreichischen Bodenzustandsinventuren der Bundesländer Kärnten, Steiermark, Burgenland, Nieder- und Oberösterreich wurden für die Erstellung von Karten der Magnetisierbarkeit in unterschiedlichen Bodentiefen herangezogen. Die Böden werden nicht nur von Emissionen, sondern auch von natürlichen magnetischen Mineralen beeinflusst. Die Bestimmung der naturgegebenen Normalwerte ermöglicht eine über-regionale Interpretation solcher Karten, die bislang nur mit detaillierten Kenntnissen über die Geologie und Bodentypen eines Untersuchungsgebietes möglich war.

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In Kooperation mit 3 Partnerinstituten in Deutschland, Polen und der Tschechischen Republik wurden überregionale Karten der magnetischen Suszeptibilität von Waldbodenstandorten erstellt und die Fernverfrachtung von magnetischen Partikeln untersucht.

Partner:

• Geophysics Working Group, Institute of Geology and Paleontology, University of Tuebingen, Germany
• Geophysical Institute, Academy of Sciences of the Czech Republic, Prague, Czech Republic
• Institute of Environmental Engineering, Polish Academy of Sciences, Zabrze, Poland

Forschungsnetzwerk im Rahmen des EU-Mobilitätspogrammes zur Erkundung des Potentials mineralmagnetischer Methoden für die Umwelt- und Klimaforschung.

Partner:

• Lancaster University,  UNITED KINGDOM
• University of Liverpool, UNITED KINGDOM
• Universidad Complutense Madrid, SPAIN
• CEREGE, Aix en Provence, FRANCE
• Ludwig-Maximilians-Universität München, GERMANY
• Istituto Nazionale di Geofisica, Roma, ITALY
• Utrecht University, THE NETHERLANDS
• Southampton Oceanography Centre, UNITED KINGDOM
• ETH Zürich, SWITZERLAND

In Kooperation mit dem Landwirtschaftlichen Versuchszentrum Steiermark sollten grundlegende Erkenntnisse zur Einsetzbarkeit geophysikalischer Messmethoden für die flächenhafte Erfassung von Schwermetallanreicherungen in Böden gewonnen werden. Die Grundlage für die Erstellung der Karten der magnetischen Suszeptibilität bilden die Messungen aller Proben der Bodenzustandsinventuren der Bundesländer Steiermark, Niederösterreich und Burgenland. Der Datenpool umfasst 1254 Standorte mit Oberboden- und Unterbodenproben, sowie 760 zusätzliche Standorte mit Oberbodenproben.
Die Volumensuszeptibilität wurde in den Probenarchiven bestimmt, ohne die Probenbehälter zu öffnen. Für spezielle Labormessungen der massenspezifischen Suszeptibilität wurde eine repräsentative Anzahl von Teilproben entnommen. Im Magnetiklabor der Montanuniversität erfolgte die Bestimmung der charakteristischen magnetischen Parameter.
Praktisch alle Anomalien der Suszeptibilität im Oberboden sind gleichzeitig auch Bereiche mit nachweislich erhöhten Schwermetallgehalten. Die Differenz der Suszeptibilität zwischen Oberboden und Unterboden ist ein Maß für die Anreicherung magnetischer Phasen in bestimmten Horizonten.
Die Anwendung der Methode im Feldeinsatz wurde in zwei Testflächen erprobt. Die Anomalienmuster der magnetischen Suszeptibilität zeigen generelle Übereinstimmung mit der Hauptwindrichtung und Talachse. Aufgrund der Resultate in den Testflächen Veitsch und Leoben kann festgestellt werden, dass die magnetische Suszeptibilitätkartierung als eine kostengünstige Methode für die flächige Erkundung von Industrieimmissionen einsetzbar ist.