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Bericht: "Schlacke: Auswirkung auf benthische Evertebraten; Akkumulation; Histopathologie - Norderney (1996)"

„Im Wattenmeer vor Norderney wurde durch Freispülungen einer Schüttung von Steinen sichtbar, die sich ca. einen Kilometer längs des Hauptprieles entlang zieht. Erste optische Inspektionen dieser Schüttung ergaben, dass die Schüttung aus unregelmäßig geformten rundlich bis kantigen Steinen bestand, die starke Korrosions- und Zerfallserscheinungen aufwiesen. Neben der Klärung der Zusammensetzung des Gesteins ergab sich auf Grund der starken Korrosionserscheinung die Frage, ob weidende und filtrierende Benthosorganismen akute oder subletale Schädigungen durch die freigesetzten Metalle erleiden könnten. […] Zur Klärung der Frage, ob in der Umgebung der oben genannten Schlacke-Schüttung in Organismen eine erhöhte Bioverfügbarkeit von Schwermetallen erkennbar ist, wurden Proben von benthischen Evertebraten und Makroalgen aufgesammelt und auf ausgewählte Metalle hin analysiert und bewertet. Parallel dazu wurden histopathologische Untersuchungen zur Aufklärung möglicher Effekte durchgeführt.“

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Bericht: "Schlacke: Eisen- und Kupfererz: Kataster Seewasserbau – Niedersächsische Küste (2003)"

„Erstmalig liegt eine kartographische Erfassung der im Seewasserbau an der niedersächsischen Küste verwendeten Schlackenmaterialien aus der Verhüttungsindustrie vor, von denen bis heute nicht eindeutig geklärt ist, ob die in ihnen enthaltenen Schwermetalle in bioverfügbarer Form in die Umwelt gelangen. Unter den teilweise extremen Umweltbedingungen, denen die Schlacken im marinen Litoral ausgesetzt sind, besteht die Möglichkeit sich langfristig entwickelnder Verwitterungseffekte, die in normierten Testverfahren zur Stabilitätsprüfung von Wasserbausteinen nicht simulierbar sind. Die Daten dieses Katasters dienen einer Dokumentation sämtlicher Einbauorte von Schlackesteinen, die über einen Zeitraum von 6 Jahren entlang der niedersächsischen Küste zurKenntnis gelangten. Im Verlauf von 27 Bereisungen wurden 13 Standorte mit 117 Einzelabschnitten als Bereiche identifiziert, in denen Schlackesteine verbaut waren. Von Westen nach Osten sind diesdie Insel Borkum, die Versuchsschüttung Campen (Ems), die Leybucht mit den Bereichen Leyhörn und Leysiel, der Norddeicher Yachthafen, die Inseln Norderney, Baltrum, Langeoog, Spiekeroog, Wangerooge, Minsener Oog, ein Deichabschnitt bei Blexen (Weser) sowie der Bereich um die Kugelbake bei Cuxhaven. Sämtliche Standorte wurden anhand eines einfachen Merkmalkataloges charakterisiert. Das Hauptinteresse galt makroskopisch erkennbaren abblätternden Oberflächen, Riss- und Rostbildungen. In 52 Fällen, in denen die verbaute Schlackeart vor Ort nicht gesichertidentifiziert werden konnte, wurden Analysen zur Bestimmung der chemischen Zusammensetzung ausgeführt. Am häufigsten waren Schlacken aus der Kupfererz-Verhüttung, die als „Eisensilikatgestein“ oder auch „NA-Schlacke“ bezeichnet werden, ferner traten Schlacken aus der Roheisen- und Stahlproduktion auf sowie Schlacken aus der Kupferrückgewinnung. Die begutachteten Wasserbauwerke befanden sich alle oberhalb der Niedrigwasser-Linie und enthielten außer Schlacken verschiedener Größen vielfach – zum Teil auch überwiegend - Anteile von Natursteinen wie Basalt, Granit oder Grauwacke; mitunter waren Eisen- oder Schrottanteile sowie Backsteine oder Bauschutt vertreten. Vereinzelt wurden mit Schlacken versetzte Bereiche nachträglich mit Natursteinen abgedeckt. Die meisten der begutachteten Schlackestandorte befanden sich im Bereich von Buhnen und Deckwerken der brandungsexponierten Westseiten der Inseln, an Leitdämmen und Deckwerken von Hafenvorfeldern und Hafenanlagen sowie an Fußbermen von Deichen und Schwellschutzdämmen. Die häufigsten Verbauarten der Schlacken waren lose oder gesetzte Schüttungen, die unvergossen oder mit Beton oder Asphalt vergossen bzw. verklammert waren. Diese Stabilisierungen hielten in vielen Fällen dem Ansturm von Brandung und Strömung nicht stand, so dass neben aufgerissenen Deckwerken sowie durch Sandschliff verursachte Abrasionen auch gesprungene oder mit Mikrorissen durchsetzte Schlacken auftraten. Als Ursachen werden Temperaturschwankungen vermutet, die aufgrund produktionsbedingter Prädispositionen und Inhomogenitäten im Kristallgitter zu Rissbildungen führten. Eindringender Rost rief Sprengungen und Oberflächenverfärbungen an Schlackesteinen und Kontaktsedimenten hervor. Die Verwitterungsbeständigkeit von Schlacken aus der Kupferproduktion übertrifft erheblich die der rasch korrodierenden Schlacken aus der Eisen- und Stahlproduktion.“

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Bericht: "Schlacke: Metallanreicherungen und Gewebeveränderungen in Bewuchsorganismen (1997)"

„Strandschnecken weiden den auf Hartböden im Eulitoral entstehenden Aufwuchs, insbesondere pflanzlicher Art, ab. Über den abgeweideten Aufwuchs oder direkter Aufnahme abgeschabter Metallpartikel kann es zu einem Transfer von Schwermetallen in die Schnecken kommen. Miesmuscheln und Balaniden gehören zu aktiven Filtrierern, die gelöste Substanzen oder auch aufgewirbelte Partikel aufnehmen können. Bis zu einem gewissen Grade sorgen Exkretionsmechanismen (Schleim- und Pseudofaecesbildung) für eine Entfernung dieser Stoffe aus dem Körper. Überschreitet aber die Aufnahme die Ausscheidungsfähigkeit, kommt es zur Akkumulation, die ab bestimmten Schwellenwerten zu subletalen Effekten führe kann (Livingstone & Pipe, 1992; Jenner, 1995). […] Wie bereits im Chemikaliengesetz verankert, sind Kenntnisse über die Präsenz von Umweltchemikalien in unterschiedlichen Umweltkompartimenten zur Abschätzung möglicher Gefahren unabdingbar. Die Untersuchung der Bioakkumulation von Stoffen in Organismen soll eine Bewertung der jeweiligen Bioverfügbarkeit im System ermöglichen. Ein hohes Potential zur Bioakkummulation in bestimmten Tieren lässt darüber hinaus Rückschlüsse auf mögliche zukünftige Gefahren für den Fall eines eventuellen Anstiegs des bioverfügbaren Angebots zu. Zum einen könnten sich dann Konzentrationsniveaus im Körper entwickeln, die zu toxischen Effekten führen, wenn entsprechende Entgiftungsmechanismen fehlen oder überbeansprucht werden. Zum anderen könnten diese Stoffe dann auch im Nahrungsnetz weitergegeben werden, besonders dann, wenn Räuber sich auf Tiere mit besonderen Akkumulationsverhalten als Nahrung spezialisiert haben. Insbesondere der Transfer von bodenlebenden Evertebraten zu Vögeln verdient Beachtung, da bei terrestrischen Tieren allgemein die Nahrung als wichtigste Quelle, beispielsweise für Schwermetalle, angesehen wird. Zur Klärung der Frage, ob in der Umgebung der oben genannten Schlacke-Schüttung in Organsimen eine erhöhte Bioverfügbarkeit von Schwermetallen erkennbar ist, wurden Proben von benthischen Evertebraten und Makroalgen aufgesammelt und auf ausgewählte Metalle hin analysiert und bewertet. Parallel dazu wurden histopathologische Untersuchungen zur Aufklärung möglicher Effekte durchgeführt. Die Probenahme erfolgte im November 1997 an drei Standorten: Cuxhaven Leitdamm; Norderney Hafen und Watt und Norddeich Hafen.“

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Bericht: "Schlacke: Metalle in Bewuchsorganismen - Norderney (1988)"

„In vorliegender Studie wird der Frage nachgegangen, ob im Gewässer verbaute, gealterte Schlacke aus der Kupfererz-Verhüttung (sog. NA-Schlacke) noch bioverfügbare Schwermetalle (Blei, Kupfer und Cadmium) freisetzt, die durch Anreicherungen im marinen Aufwuchs angezeigt werden. Fünf Organismenarten aus dem Bewuchs von NA-Schlacke und drei natürlichen Wasserbausteinen (Basalt, Sandstein, Granit) werden auf Akkumulation der genannten Metalle geprüft. Nicht jede dieser Arten war auf allen vier Substraten vertreten, so dass die Studie lückenhaft bleibt und nur orientierenden Charakter beanspruchen kann. Hinzu kommt, dass ein Teil der Schlackenstandorte in einem Hafenbecken gelegen ist, wo auch andere Quellen der Metallbelastung eine Rolle spielen können. Auf Grund der Ergebnisse lassen sich die fünf Arten drei verschiedenen Gruppen zuordnen: 1. Blasentang (Fucus vesiculosus ). Es wurden keine Proben von NA-Schlacke sondern nur von den drei natürlichen Gesteinsarten untersucht. Auffällig sind allein mäßig erhöhte Kupfergehalte auf Basalt, in denen vermutlich eine Kupferbelastung des Gewässers (Hafen der Insel Norderney) zum Ausdruck kommt (Zeit der Untersuchung: 1988). 2. Miesmuschel (Mytilus edulis). Die Proben stammen von Standorten, an denen NASchlacke und Basalt als Gemisch geschüttet oder sehr eng nebeneinander verbaut waren. Ob als Quelle der fast identischen, mäßig erhöhten Kupfergehalte auf beiden Substraten die Schlacke, das Umgebungswasser oder beide in Frage kommen, bleibt offen. Die Standorte liegen exponiert an der Seeseite. Die Maximalwerte von Cadmium (auf beiden Substraten) erreichen kritische Grenzen, wenn Richtwerte für die menschliche Ernährung zugrunde gelegt werden. 3. Darmtang (Enteromorpha sp.), Knotentang (Ascophyllum nodosum), und Strandschnecke (Littorina littorea). Bei diesen Arten ist auf NA-Schlacke jeweils ein Schwermetall signifikant gegenüber einem Vergleichsubstrat erhöht (von jeder Art waren Vergleichsproben nur von einem Naturgestein verfügbar). Der Darmtang hat auf NA-Schlacke hochgradig Blei angereichert; die Aufnahme aus dem Substrat und aus dem Umgebungswasser könnte sich hier addiert haben. Das selbe Element ist jedoch auch auf Basalt stark vertreten, was vermutlich auf Belastung des Hafenwassers zurückgeht. Andere Organismen, von denen Proben aus dem Hafen untersucht wurden (Knotentang, Blasentang, Strandschnecke), lassen jedoch ungewöhnliche Bleianreicherung vermissen, möglicherweise aufgrund artspezifischer Regulierungsstrategien. Die relativ hohen Kupfergehalte von Enteromorpha gleichen sich auf beiden Substraten. Beim Knotentang liegt der Kupfergehalt auf Na-Schlacke (Hafenbecken) weit über den unauffälligen, auf Sandstein (Hafeneingang) ermittelten Werten. Die Strandschnecke übertrifft alle anderen, hier untersuchten Arten mit ihren auf NA-Schlacke (Hafenbecken) überragenden und auf Sandstein (Hafeneingang) noch beträchtlichen Kupferanreicherungen. In der Literatur wird eine langfristige Bleiabgabe aus gealterter NA-Schlacke mehrfach bestätigt. Die Abgabe von Kupfer wird teils bestätigt und teils (in zwei neueren Studien) verneint. Die Befunde an den letztgenannten drei Arten zeigen signifikant höhere Blei- bzw. Kupfergehalte in den Proben von gealterter NA-Schlacke auf. Da aber die betreffenden Standorte im Hafen liegen, ist NA-Schlacke wahrscheinlich nicht die einzige Quelle der Metallbelastung. Antifouling-Farben von Schiffen auf Kupferbasis können z.B. Belastung verursachen. Deshalb bleibt in dieser Studie offen, ob und zu welchen Anteilen die NA-Schlacke für die festgestellten Höchstwerte verantwortlich ist.“

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Bericht: "Schlacke: Metallkonzentrationen; Histopathologische Veränderungen in Aufwuchsorganismen und bodenlebenden Tieren (1997)"

„Im Jahre 1997 wurde an vier Standorten der niedersächsischen Küste untersucht, ob und wie stark sich Schwermetalle in Organismen anreichern, die auf und neben Schüttungen von Schlacken aus der Kupfererz-Verhüttung (NA-Schlacke) leben. Zusätzlich wurden zwei auf der Schlacke lebende Tierarten auf Schädigungen ihrer Organsysteme überprüft. Es ergab sich, dass Anreicherungen von Kupfer, Blei und Zink, die die regionalen Hintergrundwerte überschritten, sich auf die direkt im Kontakt zur Schlacke lebenden Algen und Tierarten (sog. „Aufwuchsorganismen“) beschränkten. Tiere, die im Sediment angrenzender Bereiche leben, ließen keinen deutlichen Einfluss der Schüttungen erkennen. Zwar zeigte jede der vier untersuchten Aufwuchsformen (eine Braunalge, die Miesmuschel, die Strandschnecke und eine Seepockenart) ein arteigenes Muster der bevorzugt akkumulierten Metalle, doch unterschied sich das Anreicherungsniveau an den vier Standorten in übereinstimmender Weise. Unterschiede der hydrographischen Situation und der Schüttungsdichte liefern dafür plausible Erklärungen: In der Regel waren am Standort mit dem intensivsten Wasseraustausch (Außenelbe) die schwächsten, auf den reinen Schlackeschüttungen im und nahe beim Norderneyer Hafen dagegen die stärksten Anreicherungen zu finden. Die histopathologischen Störungssymptome (Zell- und Gewebeschäden) in der Miesmuschel und der Strandschnecke spiegeln dieses Verteilungsmuster wider: niedrigste Betroffenheitsgrade an der Außenelbe, höchste bei Norderney. Ihre Verursachung durch Schwermetalle kann allerdings nur vermutet, nicht bewiesen werden. Auch eine gesondert, aber gleichzeitig und parallel ausgeführte Sedimentuntersuchung ergab auffällige Ähnlichkeiten mit den in den Organismen festgestellten Verteilungsmustern: Nur Sedimente aus Kontaktbereichen zur Schlacke waren deutlich über die regionaltypischen Hintergrundwerte hinaus mit Kupfer, Blei und Zink belastet, und nach Belastungsgraden ordneten sich die Standorte in die gleiche Rangfolge (Minima an der Außenelbe, Maxima bei Norderney). Es gibt allerdings einen Faktor, der die oben gemachten Aussagen einschränkt. Denn, nachträglich betrachtet, waren die für vorliegende Untersuchung ausgewählten Schüttungen (Häfen Norddeich und Norderney, Nachbarschaft des Norderneyer Hafens, Außenelbe) keine idealen Standorte, weil hier auch andere Schwermetallquellen (Schiffahrt, Gewerbe, Belastung aus dem Einzugsgebiet) eine Rolle spielen können. Die festgestellten Anreicherungen sind deshalb vorläufig als Summen aus den Anteilen schlackenbürtiger und anderweitiger Herkunft zu deuten. Das Hauptgewicht der vorliegenden Arbeit liegt nicht allein auf den eigenen Befunden, sondern auch auf einer Darstellung des aktuellen Kenntnisstandes. Er wurde nach einer ausführlichen Revision vorangegangener Studien zusammengetragen. Danach setzt im Gewässer verbaute und gealterte NA-Schlacke weiterhin Metalle frei (vor allem Kupfer, Blei und Zink), die von Bewuchsorganismen aufgenommen werden. Vereinzelte Gegenstimmen in der Literatur bestreiten allerdings diese Sicht der Dinge. Die Umweltrelevanz der Befunde wird unter folgenden Aspekten diskutiert: 1. Wie reagieren betroffene Organismen; 2. welcher Einfluss auf die Ökosysteme ist zu erwarten; 3. werden umweltpolitische Standards berührt; 4. bestehen Risiken für die menschliche Gesundheit. Vor dem Ausblick ein kurzer Rückblick: Die wissenschaftliche Auseinandersetzung mit der Umweltverträglichkeit der Schlacken aus der Kupfererz-Verhüttung ist bereits im Jahre 1979 mit einer ersten, in den Niederlanden erschienenen Studie eröffnet worden. Sie hat sich also inzwischen über fast drei Jahrzehnte hingezogen, ohne dass der kontroversen Diskussion ein Ende gesetzt werden konnte. Es ist wohl an der Zeit, eine endgültige Klärung herbeizuführen und dafür nach einem schlüssigen Konzept vorzugehen. Längst geht es nicht mehr um die Frage, ob aus gealterter, im Gewässer verbauter Schlacke noch Schwermetalle und an_CUTABSTRACT_

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Bericht: "Schlacke: Vergleich Bewuchs Schlacke – natürliche Vergleichsubstrate - Norderney (1988)"

„Auf Bauwerken des Küstenschutzes und auf Hafenanlagen um den Westkopf von Norderney wurden die Bewuchsgemeinschaften (makroskopische Meerespflanzen und Meerestiere) von NA-Schlacken und natürlichen Bausteinen (Basalt, Granit, Sandstein) vergleichend untersucht. Ergebnis: Im unteren Gezeitenbereich nahe der Niedrigwasser-Linie bestehen keine Unterschiede zwischen Schlacken und Natursteinen im Hinblick auf Bewuchsdichte (Bedeckungsgrad) und Artenvielfalt. Im mittleren und oberen Gezeitenbereich hebt sich Sandstein durch überragend dichte und artenreiche Besiedlung von den übrigen Substraten ab; Basalt und Granit sind schwächer bewachsen, und auf NA-Schlacke sind Dichte und Artenvielfalt nochmals erkennbar verringert. Als Erklärung wird angenommen: Gewisse toxische Eigenschaften der Schlacke kommen im unteren Gezeitenbereich wegen ausreichender Überflutungsdauer nicht zur Wirkung. Im mittleren und oberen Bereich dagegen machen sich bei abnehmender Überflutungsdauer negative chemische Effekte bemerkbar. Sie verursachen Ausfälle bestimmter und verringerte Dichten anderer Organismenarten, die im Vergleich zu Sandstein gravierend, im Vergleich zu Basalt und Granit nicht erheblich aber deutlich sind. Es wird auf die Tatsache verwiesen, dass die vorliegende Studie von der Zahl der Stichproben her nur orientierenden Charakter hat und dass sie – neben einer experimentellen Arbeit der Forschungsstelle Norderney von 1984 und einer qualitativen Inspektion des Vereins Jordsand von 1990 – erst die dritte Untersuchung darstellt, die sich mit dem Bewuchs von NA-Schlacke an Meeresküsten auseinandersetzt.“

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Bericht: "Schöpfplankton: Wesermündung Teil I: Qualitative Ergebnisse (1967/68)"

In den Jahren 1967 und 1968 erfolgten in der Wesermündung chemische und biologische Untersuchungen, die der Beweissicherung im Zusammenhang mit Indurstrieansiedlung dienen sollen. Die biologischen Bestandsaufnahmen erfassten das Schöpfplankton, das Netzplankton und das Makrobenthos. Hier werden zunächst die qualitativen Ergebnisse der Untersuchung des Schöpfplanktons vorgelegt.

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Bericht: "Schwarze Flecken: Ostfriesisches Wattenmeer (1990)"

Seit einigen Jahren werden im ostfriesischen Watt mit zunehmender Häufigkeit anaerobe Flecken auf der Sedimentoberfläche beobachtet. Ihre Größe und die Erscheinungsform sind vielfältig. Ein Typus tritt im Zusammenhang mit sommerlichen Grünalgenwucherungen auf. Er kann, vor allem nach Verrottung der Algenmatten im Herbst, besonders großflächige Ausmaße annehmen, in Extremfällen bis zu Größenordnungen von Quadratkilometern. Diese durch Algen verursachten anaeroben Sedimentoberflächen scheinen aber relativ rasch wieder reoxidiert zu werden. Erheblich langlebiger und z.T. auch den Winter überdauernd sind die unabhängig von Algen entstandenen Typen schwarzer Flecken. Sie finden sich bevorzugt in Sand- und Mischwatten, ihre Größenordnung reicht von kleinflächigen Stellen (wenige cm² bis dm²) in Mulden und Rippeltälern bis zu Flächen von einem oder mehreren Quadratmetern. Der vorliegende Bericht stellt die Ergebnisse einer ersten Untersuchung solcher anaerober Flecken dar und diskutiert die möglichen Ursachen und Auswirkungen.

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Bericht: "Schwarze Flecken: Ostfriesisches Wattenmeer (1990-1995)"

Seit einigen Jahren werden im ostfriesischen Watt mit zunehmender Häufigkeit anaerobe Flecken auf der Sedimentoberflächen beobachtet. Ihre Größe und die Erscheinungsformen sind vielfältig. Ein Typus tritt im Zusammenhang mit sommerlichen Grünalgenwucherungen auf. Er kann, vor allem nach Verrottung der Algenmatten im Herbst, besonders großflächige Ausmaße annehmen, in Extremfällen bis zu Größenordnungen von Quadratkilometern. Diese durch Algen verursachten anaeroben Sedimentoberflächen scheinen aber relativ rasch wieder reoxidiert zu werden. Erheblich langlebiger und z. T. auch den Winter überdauernd sind unabhängig von Algen entstandene schwarze Flecken. Sie finden sich bevorzugt in Sand- und Mischwatten, ihre Größenordnung reicht von kleinflächigen Stellen (wenige cm² bis dm²) in Mulden und Rippeltälern bis zu Flächen von einem oder mehreren Quadratmetern. Der vorliegende Bericht stellt die Ergebnisse einer ersten Untersuchung solcher anaerober Flecken dar und diskutiert die möglichen Ursachen und Auswirkungen. Die Besiedlungsstruktur in den anaeroben Flecken verändert sich je nach Nährstoffgehalt im Sediment und Dauer und Intensität der anaeroben Erscheinungen. Grundsätzlich verarmt die Bodenfauna unter lang anhaltenden anaeroben Bedingungen. The appearance of black, anoxic spots on the usually grey, oxic surface of the tidal flats at the East Frisian coast of Germany was firstly detected in 1984 and the phenomenon has been increasing since then. The “black spots” differ in dimension and character. One type is caused by the decay of macro algae, which in recent summers covered wide areas of the tidal flats at the German coast. These patches can reach dimensions of square kilometres, but, after the decomposition of the algae, seem to reoxidize within a short time. Another type of black spots, appearing independently of macro algae, occurs, though migration and changing in size, over longer periods, even during winter. Preferably they are located on sand and muddy sand flats often in toughs and ripple-troughs. Their size reaches from small spots are patchily distributed. A general shrinking of the oxidized layer on the sediment surface could not be found on the basis of the available data.

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Bericht: "Schwarze Wattpriele: Erscheinungsformen und Ursachen (1995)"

„In der vorliegenden Arbeit wurden Erscheinungsformen und Ursachen des sommerlichen Auftretens von schwarzen Prielen untersucht. Erschwert wurde Untersuchung durch das geringe Auftreten schwarz verfärbter Priele im Untersuchungsgebiet Norderneyer Inselwatt 1995. Generell deuten Luftbildaufnahmen der Gröninger Plate von 1951-1994 und das massenhafte Auftreten schwarzer Priele 1996 auf eine Zunahme seit 1991 hin. […]“

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