Schwermetallvegetation, Bergbau und Hüttenwesen im westlichen ...

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Schwermetallvegetation, Bergbau und Hüttenwesen im westlichen Geopark Harz Harlingerode angesiedelt. Unzureichende Filterung der Abgase führte zu einer weiteren Emission von Metallen und luftverunreinigenden Gasen (SO 2 , NO x , Dioxine). Diese Emissionen beschädigten die Vegetation im Umkreis von einigen Kilometern und verursachten die sog. „Hüttenrauchschäden“, nicht nur im 19. Jahrhundert (von Schroeder & Reuss 1883), sondern auch noch im 20. Jahrhundert, nämlich mindestens bis 1978, als die Frankenscharrnhütte geschlossen wurde. Die Zinkhütten in Oker wurden zwar technisch modernisiert, emittieren aber weiterhin Schwermetalle in erheblichem Umfang. Durch die Meldepflichten des Schadstofffreisetzungs- und -verbringungsregisters (www.prtr.bund.de) ist bekannt, dass die Metallhütten und Chemiebetriebe in Goslar-Oker/Harlingerode aktuell noch mindestens die folgenden Schwermetallmengen jährlich emittieren: Harz-Metall GmbH: 2.360 kg Zn in die Luft, 14,7 kg Cd und 148 kg Zn in den Vorfluter, Norzinco GmbH Harzer Zinkoxide: 3.390 kg Zn in die Luft, Grillo Zinkoxid GmbH: 3.170 kg Zn in die Luft. Weitere Betriebe wie z. B. H.C. Starck GmbH haben keine atmosphärischen Emissionsdaten gemeldet, sind aber ebenfalls starke Emittenten. Hinzu kommen hohe Schwermetallemissionen aus den Halden in das Grundwasser. Als Konsequenz sind die Böden und Grundwässer im Bereich Oker besonders stark mit Blei, Cadmium, Zink u. a. Schwermetallen belastet. Eine Anreicherung von Böden mit bestimmten Elementen durch metallische und andere Mineralisationen sowie anthropogene Überlagerungen kann auch durch Pflanzenanalysen festgestellt werden, wie Johannes & Krause (1985) im Nordwestharz durch die Analyse der Asche von Fichtennadeln mit erhöhten Konzentrationen von Ba, Ca, Cd, Co, Cu, Fe, Mn, Mo, Ni, Pb, Rb, Sr, V und Zn zeigen konnten. Weniger bekannt ist, dass auch Tiere in der Harzregion, beispielsweise Vögel und Säugetiere, eine solche Anreicherung mit Schwermetallen aufweisen (Knolle & Knolle 1983). Die Schwermetallbelastung der Flüsse, u. a. der Oker nördlich der Oker-Hütten, wird durch erhöhte Schwermetallgehalte in Fischen angezeigt (Koop 1989). Hartmann (2000) fand in Knochen, Leber und Nieren von Fledermäusen der Harzregion signifikant höhere Bleiwerte als in Individuen aus anderen Teilen Niedersachsens. Auch zahlreiche jagdbare Wildtiere des Harzes sind mit Schwermetallen belastet (Blottner et al. 1999). 3.2 Metallkonzentrationen in Pflanzen und ihre Regulation Pflanzen von schwermetallreichen Böden sind durch einen erhöhten Schwermetallgehalt in allen Pflanzenteilen mit Ausnahme der Samen gekennzeichnet (Ernst 1974). Dabei ist die Verlagerung der Metalle von der Wurzel zum Spross spezifisch für jede Pflanzenart und jeden Ökotyp (Ernst 1974, Macnair 2002), so dass sehr unterschiedliche Schwermetallkonzentrationen in den einzelnen Pflanzenorganen vorliegen. Die höchsten Werte kommen häufig in den Wurzeln, die niedrigsten in den Samen vor. 3.2.1 Regulation des Schwermetallhaushaltes der Pflanzen und ihrer Organe Für das Verständnis der spezifischen Schwermetallresistenz werden zwei verschiedene Organisationsstufen einer Pflanze, das organismische und das zelluläre Niveau, 10 BNS_2011_Band_10_001-148_CS4.indd 10 30.08.11 12:47
Friedhart Knolle et al. 1–44 Band 10 2011 betrachtet. Einer der möglichen Resistenzmechanismen ist eine Einschränkung der Schwermetallaufnahme durch die Wurzeln bzw. eine Festlegung der Metalle in den Wurzeln, so dass der Schwermetalltransport von der Wurzel zum Spross eingeschränkt ist. Diese Anpassung wird durch einen Ökotyp von Silene vulgaris realisiert, der an drei Exemplaren nachgewiesen wurde, die von Langelsheim stammten (Ernst et al. 2009: Tab. 2). Andere Pflanzenarten verfolgen eine entgegengesetzte Strategie: Sie vermindern weder die Aufnahme noch den internen Transport; vielmehr reichern sie die Schwermetalle in den Blättern zu extrem hohen Konzentrationen an, bis sich die Pflanze durch Absterben der Blätter der darin akkumulierten Metalle entledigen kann. Dieser Prozess wird mit dem Begriff „Hyperakkumulation“ bezeichnet (Brooks et al. 1977). Das Schwermetallniveau, das eine Pflanze als „Hyperakkumulator“ einordnet, ist für jedes Schwermetall spezifisch definiert worden; doch wurde die Untergrenze immer wieder ohne jegliche physiologische Begründung erhöht (Brooks 1998). Im Fall des Zinks weist ein Hyperakkumulator mehr als 10 g Zn/kg Trockenmasse auf, was in der Harzregion für Arabidopsis halleri zutrifft. Die ökologische Bedeutung dieser Hyperakkumulation ist noch umstritten, aber wird gegenwärtig bevorzugt als Verteidigung gegen blattfressende Insekten und pathogene Pilze diskutiert (Coleman et al. 2005). In jedem Fall erfordert sie eine hohe physiologische Toleranz. Möglicherweise ist bei der Definition des Hyperakkumulators auch unzureichend umschrieben, dass der entsprechende Grenzwert des Schwermetalles allein für die Pflanze am natürlichen Standort zutrifft und bei der Analyse die Blätter von aufgewehten und aufgespritzten Bodenteilen zu säubern sind. Auf der Suche nach Pflanzen für Phytoremediation, d. h. den Einsatz von Pflanzen zur Dekontamination von Böden, werden Pflanzen in kurzfristigen physiologischen Experimenten hohen Schwermetallkonzentrationen ausgesetzt, um sie schließlich als Hyperakkumulator einzustufen. Durch eine unzureichende Begriffsabgrenzung des Hyperakkumulators versagen solche weniger schwermetallresistenten Ökotypen, wenn sie dann auf schwermetallreichen Böden angepflanzt werden. Wie das Beispiel des Ökotypen „Plombières“ von Silene vulgaris zeigt, müsste dieser Ökotyp als Zn-Hyperakkumulator eingestuft werden, obwohl er keineswegs bis zur Samenreife überleben kann. Pflanzen, die unter dem Grenzwert eines Schwermetalles für einen Hyperakkumulator bleiben, werden als „Akkumulator“ definiert (Ernst & Nelissen 2000). Eine andere Möglichkeit der Anpassung an hohe Schwermetallkonzentrationen des Bodens kann in der Einschränkung der Schwermetallaufnahme durch eine Assoziation der Wurzeln mit arbuskulären (weil bäumchenartig verzweigten) Mykorrhizapilzen realisiert werden. Eine solche Mykorrhizierung weisen die Kräuter Plantago lanceolata und Viola calaminaria (Letztere im Harz nicht vorkommend) sowie alle schwermetallresistenten Gräser auf. Durch noch nicht erforschte Prozesse wird der Transport der Schwermetalle vom Boden über den Mykorrhizapilz in die Pflanzenwurzeln so stark eingeschränkt, dass der Schwermetallgehalt dieser Pflanzen im Vergleich zu Pflanzen mit nicht-mykorrhizierten Wurzeln, u. a. Arabidopsis halleri, Minuartia verna und Silene vulgaris, recht niedrig ist (Ietswaart et al. 1992). Eine weitere Möglichkeit der organismischen Schwermetallresistenz besteht darin, aufgenommene Schwermetalle so schnell als möglich wieder auszuscheiden. Diese Lösung ist bei Menschen und Tieren über Exkretion in Fäzes und Urin weit verbrei- 11 BNS_2011_Band_10_001-148_CS4.indd 11 30.08.11 12:47
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