Kap. 6.4.3

6.4.4 Übersicht über die drei Meßkampagnen am Jungfraujoch

Im folgenden sollen die Mittelwerte der Aerosolkonzentrationen während der drei Jungfraujochmeßkampagnen 1991-1993 untereinander sowie mit Literaturwerten aus dem Alpenraum verglichen werden.

In Tab. 24 wird eine Übersicht über die einzelnen Mittelwerte der drei Meßkampagnen sowie der Mittelwert und das Verhältnis der JFJ92/JFJ93-Werte gegeben. JFJ91-Proben wurden im Gegensatz zu den JFJ92- und JFJ93-Proben auf dem Sphinx-Observatorium gesammelt, wo eine bessere Anströmung, insbesondere aus nordwestlicher Richtung möglich ist. Des weiteren wurde dort ein anderer Filterhalter mit einer kleineren Anströmgeschwindigkeit (14 cms-1 gegenüber 33 cms-1 bei JFJ93) verwendet. Daher kann bei JFJ91 eine größere Menge von groben Partikeln im gesammelten Aerosol vorliegen. Bei JFJ91 wurden PTFE-Filter mit 0.45 µm Porenweite verwendet. Für JFJ92 wurden Filter mit 5 µm Porenweite verwendet, um ein größeres Luftvolumen beproben zu können. Da diese jedoch nicht optimal für die Abscheidung von sehr feinen Partikeln sind, wurden für JFJ93 Filter mit 1.0 µm Porenweite eingesetzt, die einen Kompromiß zwischen Luftdurchsatz und gutem Abscheidevermögen darstellen. Außerdem wurden 1991 zur Zeit der Meßkampagnen verstärkt Sprengarbeiten für die touristische Erschließung des Jungfraujochs durchgeführt. Dabei freigesetzter Gesteinsstaub konnte trotz des Höhenunterschieds von 100 m zwischen Tunnel und Sphinxobservatorium in geringem Maße auf die Filter gelangen.

Tab. 24: Mittelwerte der Aerosolkonzentrationen bei den Meßkampagnen JFJ91, JFJ92 und JFJ93 sowie Mittelwerte und Verhältnis JFJ92/JFJ93

Element

JFJ91

JFJ92

JFJ93

Mittel 92/93

JFJ92/JFJ93

Al

306

180

92.5

136

1.95

Ba

2.00

2.09

n.b.*

-

-

Ca

78.8

168

51.5

110

3.25

Cd

0.096

0.054

n.b.*

-

-

Ce

n.b.*

0.185

0.039

0.112

4.73

Cr

n.b.*

1.01

n.b.*

-

-

Cu

4.43

1.12

1.34

1.23

0.83

Fe

229

153

84.4

119

1.82

K

144

128

21.1

74.5

6.07

La

n.b.*

0.127

n.b.*

-

-

Mg

45.4

46.2

21.3

33.8

2.17

Mn

3.58

5.00

1.08

3.04

4.63

Mo

n.b.*

0.299

n.b.*

-

-

Na

40.1

38.6

11.2

24.9

3.46

Ni

n.b.*

1.18

n.b.*

-

-

Pb

6.23

3.75

1.17

2.46

3.21

Sb

n.b.*

0.200

n.b.*

-

-

Sr

n.b.*

1.10

n.b.*

-

-

Te

n.b.*

0.029

n.b.*

-

-

V

n.b.*

0.579

0.088

0.334

6.56

Zn

n.b.*

1.10

n.b.*

-

-

*n.b.: nicht bestimmt

Bei den Feinstaubelementen Pb, Cu und Cd ergaben sich relativ hohe Konzentrationsmittelwerte. Die wegen des unterschiedlichen Abscheidevermögens der Filter, der unterschiedlichen Sammlertypen und der unterschiedlichen Lage der Probenahmeorte am Jungfraujoch werden für Mittelwertbildung und Frühjahr/Herbst-Vergleich nur die Meßkampagnen JFJ92 und JFJ93 betrachtet.

Die Frühjahrswerte (JFJ92) sind um den Faktor 2 größer als die Herbstwerte. Bei Cu sind die Werte praktisch gleich. Der Unterschied der Konzentrationen fällt bei den hier betrachteten Elementen kleiner aus als bei den wasserlöslichen Aerosolbestandteilen. Für eine Reihe von Elementen waren nur die Frühjahrskonzentrationen zur analytischen Bestimmung hoch genug.

Im folgenden sollen die Konzentrationsmittelwerte der Meßkampagnen JFJ92 und JFJ93 mit Literaturdaten zum Schwermetallgehalt des Aerosols im Alpenraum verglichen werden. Damit kann auch die Zuverlässigkeit der eigenen Messungen beurteilt werden, deren Daten im Bereich der Literaturdaten liegen sollten.

DAMS und DEJONGE (1976) führten über ein Jahr lang Probenahmen mit High-Volume-Sammlern und W41-Cellulosefiltern am Sphinx-Observatorium durch. Die Probenwechsel wurden monatlich durchgeführt. Uecht und Lischboden sind zwei Bergsiedlungen im Berner Oberland, etwa 50 km nordwestlich vom Jungfraujoch gelegen. Dort kam ein Impaktorsystem zum Einsatz mit wöchentlichem Probenwechsel (GÄLLI PURGHART et al. 1990). Am Wank (siehe Kap. 5.4.4) wurden ebenfalls Proben mit einer zeitlichen Auflösung von ein bis vier Tagen und einer Flußrate von 10 m³/h gesammelt (REITER et al. 1984). Die Meßwerte von JFJ92 und JFJ93 zeigten für Cd, Cu, Mo, Na, Pb, Sb und V eine sehr gute Übereinstimmung mit den Werten von DAMS und DEJONGE. Cr und La wurden nur bei JFJ92 erfaßt, diese Werte lagen unterhalb der von DAMS und DEJONGE beobachteten Konzentrationsmaxima. Fe-, K- und Mg-Konzentrationen lagen um das drei- bis vierfache über den Vergleichswerten, dieses kann durch Freisetzung von Gesteinsstaub 92/93 zusammen mit einer besseren Grobstaubabscheidung zustande kommen.

Tab. 25: Vergleich von gemessenen Aerosolkonzentrationen einiger Schwermetalle für den Alpenraum (Literatur- und eigene Daten)

Ort

Jungfraujoch

Uecht

Lischboden

Wank

Jungfraujoch

Höhe

3575

940

1550

1780

3450

Zeitraum

8/73-4/75

10/85-9/86

10/85-9/86

1972-1982

4-5/92,10-11/93

Al

51

n.b.

n.b.

n.b.

136

Ba

4

n.b.

n.b.

n.b.

2.09#

Ca

n.b.

n.b.

n.b.

147

110

Cd

0.5

0.59

0.3

0.06

0.05#

Cr

0.36

n.b.

n.b.

1.68

1.01#

Cu

0.88

3.4

2.7

1.68

1.23#

Fe

36

n.b.

n.b.

72

119

K

20

n.b.

n.b.

45

74.5

La

0.04

n.b.

n.b.

n.b.

0.13#

Mg

10

n.b.

n.b.

n.b.

3.04

Mn

1.5

25.4

24.1

n.b.

3.04

Mo

0.3

n.b.

n.b.

n.b.

0.30#

Na

22

138

81

47

24.9

Pb

44

39.1

17.9

18.3

2.46

Sb

0.2

n.b.

n.b.

n.b.

0.20#

V

0.29

3.1

1.5

n.b.

0.33

Zn

9.9

34.9

16.7

16.4

1.10#

Quelle

Dams et DeJonge 1976

GälliPurg-hart et al. 1990

GälliPurg-hart et al 1990

Sladkovic et al. 1986

Tab.24 dieser Arbeit

n.b. nicht bestimmt

# nur 4-5/92

Die beiden Vergleichsorte im Berner Oberland, Lischboden und Uecht, zeigen deutlich höhere Schwermetallbelastungen als das Jungfraujoch, was gemäß der Lage der Orte sowohl von der Höhe her als auch von der Nähe zu größeren Städten zu erwarten war. Die Wank-Ergebnisse lagen zwischen Jungfraujoch- und Uecht-Werten.

Aus diesen Vergleichen ergibt sich, daß die hier durchgeführten Kurzzeitprobenahmen für Schwermetalle mit einer zeitlichen Auflösung von 12 bis 24 Stunden vergleichbare Ergebnisse liefern wie Langzeitmessungen von bis zur Dauer von einem Monat. Damit ergibt sich die Möglichkeit, auch Auswaschvorgänge von Schwermetallen durch Schnee zu untersuchen, wobei die zeitliche Auflösung der Aerosolsammlung eine gezielte Untersuchung von einzelnen Schneefallereignissen ermöglicht.

6.4.5 Vergleich von ADS- und LVS-Messungen von Na, K, Mg und Ca

Bedingt durch die Aufarbeitung der PTFE-Filter konnten bei den ADS-Backup-Filtern nur der wasserlösliche Anteil der untersuchten Alkali- und Erdalkalimetalle erfaßt werden. Bei den LVS-Filtern wurde durch die zugesetzten Säuren die Aerosolmatrix aufgelöst, was die Freisetzung der silikatisch gebundenen Anteile bewirkte. Insbesondere Ca, K und Mg treten als Hauptbestandteile von Gesteinen wie Sandstein, Kalkstein und Gneis auf (KÜMMEL et PAPP 1988). Daher sind höhere K-Konzentrationen beim LVS im Vergleich zum ADS zu erwarten. Die beim Aufschluß zugesetzte HF bewirkte möglicherweise die Bildung von unlöslichem CaF2 und MgF2 (HOLLEMAN-WIBERG 1995), so daß die ADS-Proben, bei denen sich CaSO4 und CaCO3 bzw. die entsprechenden Mg-Salze in Lösung befanden, teilweise höhere Ca-Konzentrationen aufweisen können als die LVS-Proben. Die Ca- und K-Konzentrationen sind in Abb. 30 dargestellt.

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Abb.30: Vergleich der mit ADS und LVS ermittelten Ca- und K-Konzentrationen bei den Meßkampagnen JFJ92 und JFJ93

Die K-Konzentrationen zeigen weitgehend einen linearen Zusammenhang; bei dem überwiegenden Teil der Datensätze wird jedoch mit dem LVS deutlich mehr K gefunden als mit dem ADS. K lag offensichtlich bei den meisten Proben nicht nur in wasserlöslicher Form vor, sondern auch in säurelöslicher. Bei Mg war das Verhältnis entgegengesetzt, hier wurden in den ADS-Proben die höheren Konzentrationen gefunden. Die wasserlöslichen Mg-Salze wurden beim Aufschluß der LVS-Filter als MgF2 ausgefällt, so daß dort bei den Messungen der Aufschlußlösungen zuwenig Mg gefunden wurde.

Ca und Na zeigen ein ähnliches Verteilungsmuster. Die LVS-Konzentrationen waren zum Teil höher, zum Teil niedriger als die ADS-Konzentrationen, ohne daß eine lineare Beziehung zwischen beiden zu erkennen ist. Bei Ca überlagern sich die beiden oben erwähnten Reaktionen: einerseits ist Ca in säurelöslichen Verbindungen enthalten, andererseits entsteht beim Aufschluß unlösliches CaF2. Na kommt weniger in Mineralien vor, bei den ADS-Proben ist die Kontamination der Filter durch die Rohrbeschichtung zu berücksichtigen.

Die Bestimmung der hier erwähnten Elemente sowohl in wäßriger Lösung als auch in HF-haltigen Aufschlußlösungen liefert für Ca und Mg in beiden Fällen unsichere Meßwerte.

Kap. 6.5

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