Bewertung der elementaren Quecksilberausgasung aus Boden-Grundwassersystemen mit passiven Luftprobenehmern: Methodenentwicklung und -implementierung

Description: Quecksilber (Hg) ist ein redox-aktives Element in Böden und Grundwasser, das leicht von oxidierten Spezies (Hg2+) in die reduzierte Form (Hg0) übergeht. Elementares Hg (Hg0) ist leicht flüchtig und begünstigt somit die Verteilung der kondensierten Phasen (Feststoffe und Flüssigkeiten) in die Gasphase, in der es in der Umwelt sehr beständig ist. Dieser Prozess führt zu Quecksilberemissionen in die Atmosphäre, die den aktiven Hg-Pool im globalen Hg-Kreislauf erhöhen und zu gesundheitlichen Auswirkungen auf Mensch und Umwelt führen können. Diese Prozesse treten vor allem in Boden-Grundwassersystemen auf, die durch Hg kontaminiert wurden. Moore sind hierbei ein besonderes Boden-Grundwassersystem, in dem hohe und variable Grundwasserspiegel und Torfzersetzung zu einer besonderen Biogeochemie, extremen Redoxgradienten und der Entstehung von Hg0 und hochtoxischem Methyl-Hg führen können. Obwohl die Ausgasung von Hg aus Böden grundsätzlich bekannt ist , ist wenig über die Freisetzung von Hg0 aus Grundwasser, tiefen Bodenhorizonten Mooren bekannt. Zudem gibt es bisher keine Methode, mit der die Bildung und die Menge von Hg0 in der Gasphase von Aquiferen bestimmt werden kann. Das Projekt präsentiert einen neuartigen Forschungsansatz, um diesen kritischen Prozess im biogeochemischen Hg-Zyklus zu untersuchen und aufzuklären. Die Methode zur Bewertung der Hg0-Ausgasung aus Grundwasser, tiefen Bodenhorizonten und Mooren basiert auf einem neuartigen, passiven (nicht elektrischen) Probenahmeansatz unter Verwendung von passiven durchströmten Hg-Luftprobenehmern (MerPAS), die in Grundwasserbrunnen eingesetzt werden oder in Boden- / Mooren vergraben werden. Die Methodenentwicklung erfordert eine vollständige Kalibrierung speziell für diese neuartige Anwendungen unter Verwendung von automatisierten/gepumpten Hg(0)-Messungen am selben Ort und eine vollständige Beschreibung der Methodenunsicherheit, die sowohl durch Labor- als auch durch Feldstudien bewertet wird. Die Messungen sind im Bereich von drei Hg-kontaminierten Standorte in Süddeutschland und der Schweiz sowie der Moore in Nord-deutschland und den Julischen Alpen (Slowenien) durchzuführen. Die im Untergrund installierten Passivsampler werden durch überirdische MerPAS-Sampler mit hoher räumlicher Auflösung ergänzt, bei denen der oberirdische horizontale und vertikale Gradient der Hg(0)-Verteilung erfasst wird, um die Hg0-Flüsse zwischen dem Untergrund und der Atmosphäre zu quantifizieren. Unsere Untersuchungen haben das Potenzial, Zonen mit verstärkter Hg(0)-Bildung und aktiver Hg-Redoxchemie in Boden-Grundwassersystemen zu identifizieren. Das Verständnis der hierbei ablaufenden Prozesse und die Quantifizierung der Hg-Flüsse in Boden-Grundwassersystemen ist grundlegend um deren Bedeutung auf verschiedenen Skalen im biogeochemischen Kreislauf zu verstehen.

SupportProgram

Origins: /Bund/UBA/UFORDAT

Tags: Biogeochemie ? Süddeutschland ? Slowenien ? Moor ? Quecksilber ? Quecksilberemission ? Schweiz ? Bodenkunde ? Feststoff ? Hydrogeologie ? Transportbehälter ? Gasförmiger Stoff ? Bewertungsverfahren ? Bodenhorizont ? Feldstudie ? Grundwasserleiter ? Grundwasserstand ? Hydrochemie ? Limnologie ? Siedlungswasserwirtschaft ? Grundwasser ? Menschliche Gesundheit ? Untergrund ? Alpen ? Atmosphäre ? Hydrologie ? Integrated Water Resources Management ? Integrierte Wasserressourcen-Bewirtschaftung ? Kalibrierung ? Soil Sciences ? Urban Water Management ? Water Chemistry ?

Region: Lower Saxony

Bounding boxes: 9.16667° .. 9.16667° x 52.83333° .. 52.83333°

License: cc-by-nc-nd/4.0

Language: Deutsch

Organisations

• Technische Universität Braunschweig, Institut für Geoökologie, Abteilung Geochemie (Projektverantwortung)
• Umweltbundesamt (Bereitstellung)

Time ranges: 2021-01-01 - 2025-12-31

Alternatives

• Language: Englisch/English
  Title: Evaluating elemental mercury outgassing from soil-groundwater systems using passive air samplers: method development and implementation
  Description: Mercury (Hg) is a redox active element in soils and groundwater, readily partitioning between oxidised (Hg2+) and reduced (Hg0) species. Elemental Hg (Hg0) is highly volatile and when produced favours partitioning from condensed phases (solids and liquids) to the gas phase, where it is persistent. This process leads to atmospheric emissions of mercury that increase active pool of Hg in the global Hg cycle and can lead to human and environmental health effects. Such concerns are heightened in soil-groundwater systems that have been contaminated by Hg. Peatlands are a unique soil-groundwater system that can store large amounts of atmospherically derived Hg in which high and variable groundwater levels (at or near the surface) and peat decomposition can lead to extreme redox gradients, and production of both Hg0 and highly toxic methyl-Hg. Despite our awareness of Hg0 production in these soil-groundwater systems, very little is known about Hg0 outgassing from groundwater, deep soil layers andpeatlands and there is no existing method that can assess the production and presence of gas phase Hg0. Here we present a novel research approach to examine this critical process in the Hg biogeochemical cycle. The method of assessing Hg0 outgassing from groundwater and subsurface soils and peat will be based on a novel, time-averaged passive (non-electrical) sampling approach using Hg passive air samplers (MerPAS; developed by the project Antragsteller) deployed within groundwater wells and sampling containers buried within soil/peat profiles. Method development will require full calibration specific to these unique applications using co-located automated/pumped Hg0 measurements and a complete description of the method uncertainty assessed through both laboratory and field studies. Measurements are to be carried out in the area of the three Hg contaminated sites in southern Germany and Switzerland and peatlands in Northern Germany and the Julian Alps (Slovenia). https://ufordat.uba.de/UFORDAT/pages/PublicRedirect.aspx?TYP=PR&DSNR=1138700

Resources

• Webseite zum Förderprojekt

  https://gepris.dfg.de/gepris/projekt/495149255 (Webseite)

Status

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