Schwermetalle
Als Schwermetalle bezeichnet man jene metallischen Elemente, welche eine Dichte von mehr als 5,6 g/cm³ aufweisen und die sich im Periodensystem als Übergangselemente in der 4. bis 6. Periode befinden. Ihre Verbreitung in der Erdkruste reicht von wenigen ppm (Cd, Hg, Mo) bis zu einigen Promillen (Mn, Ti, Fe). Für das pflanzliche Wachstum sind Fe, Zn, Mn, Cu, Mo, Co essentielle Spurenelemente, für den tierischen Organismus zusätzlich Cr, Sn und Ni. Von den übrigen Schwermetallen ist keine physiologische Notwendigkeit bekannt, manche wirken schon in sehr kleinen Konzentrationen toxisch, so vor allem Cd, Pb, Hg und Ti.
Jeder Boden enthält, entsprechend seinem Ausgangsgestein, von Natur aus einen bestimmten Gehalt an Schwermetallen, die bei der Verwitterung freigesetzt und teilweise pflanzenverfügbar werden. Wegen der globalen Verfrachtung von Industrie- und Verkehrsimmissionen gelangen heute nahezu überall zusätzliche Schwermetalle mit den Niederschlägen oder mit atmosphärischem Staub auf den Boden. An naturbelassenen Standorten ist der Schwermetallentzug des Bodens durch die Pflanzen nur vorübergehend, da der exportierte Anteil mit der Streu nahezu vollkommen wieder in den Boden zurückgelangt. Auf landwirtschaftlich genutzten Standorten kommt nur ein Teil in den Boden zurück, entweder direkt als Streu oder indirekt mit Wirtschaftsdüngern. Mit Klärschlamm und Kompost fließen beträchtliche Mengen zusätzlicher Schwermetalle aus verschiedensten Quellen in den Kreislauf ein. Schließlich enthalten auch Handelsdünger, vor allem verschiedene Phosphate Spuren von Schwermetallen.
In der Bodenmatrix können die Schwermetalle auf unterschiedliche Weise gebunden werden. Die Adsorptionskapazität der Sesquioxide (Eisen- und Aluminiumoxide und Hydroxide) für Kationen nimmt mit steigendem pH-Wert zu. Neben der reinen Adsorption können Sesquioxide die Schwermetalle auch in ihre Struktur einbauen. So gebundene Metalle sind nicht mehr pflanzenverfügbar. Die Bindung der Schwermetalle an Tonmineralen folgt den Gesetzen des Kationenaustausches an negativ geladenen Tauschern. Mit den Humusstoffen bilden die Schwermetalle Komplexe und Chelate. Die Stabilität der Komplexe und die Bindungskapazität sinken mit abnehmendem pH-Wert. In sauren Böden ist daher die relative Verfügbarkeit und die Mobilität der Schwermetalle größer als unter neutralen Bedingungen.
Die Aufnahme der Schadstoffe aus dem Boden und ihre Phytotoxizität hängen von Art und Konzentration des Schadstoffs, von pflanzenspezifischen Faktoren und von Bodeneigenschaften ab. In der Regel akkumulieren zweikeimblättrige Pflanzen mehr Schwermetalle und reagieren ertragsmäßig empfindlicher als einkeimblättrige. Wurzeln wirken als Filter und reichern viel mehr Schwermetalle an als Sproßorgane (z.B. Blätter) und diese mehr als reproduktive Organe (z.B. Samen, Früchte).
Hohe Konzentrationen von Schwermetallen hemmen viele wichtige Bodenlebewesen und Prozesse.
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