Kap.6.3

6.4 Schwermetallbestimmungen im Aerosol

6.4.1 Meßkampagne JFJ 91

Bei dieser Meßkampagne konnten 35 Proben gesammelt werden. In Tab. 18 sind die Mittelwerte der Aerosolkonzentrationen und die Mittelwerte der Anreicherungsfaktoren, bezogen auf Aluminium, aufgeführt.

Die Anreicherungsfaktoren wurden gemäß folgender Beziehung berechnet (PUXBAUM 1991):

{short description of image} (27)

EFX : Anreicherungsfaktor EF des Elementes X

XAerosol : Konzentration des Elementes X im Aerosol

AlAerosol : Al-Konzentration im Aerosol

XKruste : Konzentration von X in der Erdkruste (MASON 1982)

AlKruste : Konzentration von Al in der Erdkruste (81.300 g/t)

EFAl-Werte nahe 1 deuten auf eine mineralische Herkunft entsprechender Elemente im Aerosols hin, sehr hohe Werte weisen auf anthropogenen Eintrag des Elementes im Aerosol hin. Natürliche Quellen für Schwermetalle sind durch Erosion freigesetzte Gesteinspartikel, dazu gehören insbesondere Staub aus der Sahara und der Wüsten in Asien sowie Vulkane und Waldbrände. Die Verbrennung von Öl und Kohle, sowie die Metallherstellung und -verarbeitung tragen in erheblichem Maße zur anthropogen verursachten Schwermetallfreisetzung bei (PUXBAUM 1991 und PACYNA 1986).

Zu Beginn der Meßkampagne lagen die Konzentrationen der untersuchten Elemente im unteren Bereich. Vom 15. bis 22.1. traten erhöhte Pb-, Cu- und Cd-Konzentrationen auf. Da zu dieser Zeit durch eine Inversionsschicht der Aufstieg lokaler Luftmassen verhindert war, weist dieser Konzentrationsanstieg auf ferntransportiertes Aerosol hin. Zu dieser Zeit herrschte Ostwind. Vom 3.2. bis 16.2. zeigten alle Elemente Konzentrationsmaxima. Die Anströmung erfolgte aus Nordwest bis West. Diese Beobachtungen stimmen mit denen bei den wasserlöslichen Feinstaubkomponenten (Abb. 17) überein. Die Konzentrationsverläufe sind in Abb. 24 dargestellt.

Anhand der Anreicherungsfaktoren mit Al als Referenzelement ließen sich die gemessenen Elemente in zwei Gruppen einteilen.

Cd, Cu und Pb finden sich bedingt durch anthropogene Emissionen in der Aerosolfraktion < 1 µm, während die geogenen Elemente in der Aerosolfraktion > 1 µm auftreten. Na zeigte Anreicherungsfaktoren kleiner 1, es war also gegenüber dem Krustenvorkommen im Aerosol abgereichert. Es stammt aus marinen Quellen, wo es als NaCl aus Meerwassertröpfchen freigesetzt wird. Bei den erhöhten Aerosolkonzentrationen vom 3.-16.2.91 wurden in diesem Zeitraum etwas erhöhte Anreicherungsfaktoren für Cd und Pb beobachtet. Bei Cu nahm der Anreicherungsfaktor ab. Mn zeigte gegenüber den vorhergehenden Tagen ebenfalls niedrigere Anreicherungsfaktoren. Es ist daher anzunehmen, daß die höhere Aerosolbelastung zumindest teilweise auf einen erhöhten Eintrag von mineralischem Material bei erhöhten Windgeschwindigkeiten zurückzuführen ist. Der zeitliche Verlauf der Anreicherungsfaktoren wird in Abb.25 dargestellt. Ein Eintrag von Saharastaub (TSCHIERSCH et al. 1990), der sich durch Absenkung der Anreicherungsfaktoren bemerkbar macht, war im Rahmen der Meßkampagne nicht zu beobachten, soweit dieses anhand der Höhenwetterkarten zu beurteilen ist. Zur Prüfung darauf, ob die Mittelwerte von Konzentrationen und Anreicherungsfaktoren der beiden Zeiträume verschieden sind, wurde ein t-Test (nicht für Ba) durchgeführt.

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Abb. 24: Zeitlicher Verlauf der Aerosol-Konzentrationen einiger ausgewählter Elemente am Jungfraujoch, 11.1.-18.2.91

Signifikant verschiedene Mittelwerte für die beiden Zeiträume traten bei Al, Ca, Cu und Na auf. Bei den Anreicherungsfaktoren ergab der t-Test mit Ausnahme von Ca keine Unterschiede. Bei höheren Konzentrationen in der Zeit vom 5.-15.2. sanken die mittleren Anreicherungsfaktoren, was auf verstärkten Eintrag von mineralischem Material und im Fall von Na und Mg mit Anreicherungsfaktoren unter 1 auf mögliche Seesalzkomponenten im Aerosol hindeutet.

Tab.18: Mittelwerte der Aerosolkonzentrationen in ng/m³ einiger Elemente für die Meßkampagne JFJ91, Mittelwerte für die Zeiträume 15.1-4.2.91 und 5.-15.2.91 sowie Mittelwerte für Proben mit/ohne Schneefall.

Element

Mittelwert

15.1-4.2.91

5.-15.2.91

ohne Schnee

mit Schnee

Al

306

198

505

274

372

Ba*

2.00

1.69

2.34

2.22

1.70

Ca

78.8

46.5

128.1

65

108

Cd

0.096

0.03

0.19

0.06

0.178

Cu

4.49

2.65

7.20

3.38

6.63

Fe

229

181

327

237

213

K

144

92.8

234

120

194

Mg

45

30

73

42

53

Mn

3.58

2.33

5.75

3.36

4.04

Na

40

22.4

69

36

50

Pb

6.23

2.31

11

4.31

10

*:Ba. nur 16 Werte insgesamt

 

Tab.19: Mittelwerte der Anreicherungsfaktoren einiger Elemente für die Meßkampagne JFJ91, Mittelwerte für die Zeiträume 15.1-4.2.91 und 5.-15.2.91 sowie Mittelwerte für Proben mit/ohne Schneefall.

Element

Mittelwert

15.1-4.2.91

5.-15.2.91

ohne Schnee

mit Schnee

Ba*

1.91

2.35

1.04

1.84

2.01

Ca

1.43

1.73

0.74

1.47

1.36

Cd

239

241

176

244

22.8

Cu

80

106

27.5

89

62

Fe

1.89

2.57

1.05

2.31

1.04

K

2.89

2.89

2.20

2.24

4.25

Mg

1.05

1.21

0.72

1.12

0.90

Mn

1.85

2.28

1.24

2.11

1.33

Na

0.87

0.94

0.64

0.89

0.84

Pb

418

423

268

390

479

*:Ba. nur 16 Werte insgesamt

   
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Abb. 25: Zeitlicher Verlauf der Anreicherungsfaktoren einiger ausgewählter Elemente im Aerosol am Jungfraujoch, 11.1.-18.2.91

Ein Vergleich der Daten vom 15.1.-4.2. mit Daten von Grönland und Spitzbergen (WIERSMA et DAVIDSON 1986) zeigt auf, daß die Konzentrationen der hier untersuchten Elemente im gleichen Konzentrationsbereich liegen wie die Vergleichswerte aus den arktischen Gebieten. Lediglich die Krustenelemente Al, Fe und K wurden am Jungfraujoch in 3-5mal höheren Konzentrationen gefunden. Die Na-Konzentrationen am Jungfraujoch waren niedriger als die Vergleichswerte, was auf die große Entfernung vom Jungfraujoch zum Atlantik und zur Nordsee zurückzuführen ist. Für den besprochenen Zeitraum ist das Jungfraujoch daher als abgekoppelt von regionalen Emissionen und Transportprozessen anzusehen. Die Aerosolkonzentrationen der Proben mit Schneefall sind bei den meisten Elementen höher als bei den Proben ohne Schneefall. Dies steht im Gegensatz zu den Beobachtungen bei den anderen beiden Meßkampagnen. Die Schneefälle traten überwiegend in der Zeit hoher Schadstoffbelastung auf, während in der Schönwetterperiode Reinluft vorherrschte. Dadurch wird der Auswaschungseffekt der Niederschläge überdeckt.

Kap. 6.4.2

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