Konzentrationen und Depositionen atmosphärischer Spurenmetalle an der Küstenstation Arkona
Creators: name: Lakaschus, Sönke
Publisher: name: Leibniz-Institut für Ostseeforschung Warnemünde
Year: 1997

description: Meereswissenschaftliche Berichte No 26 1997 - Marine Science Reports No 26 1997
description: During the period from January 1995 to February 1996 194 aerosol filter samples with a time resolution of 48 h were collected at the Coastal Station Arkona and analysed after total digestion with HNO3/HF by TXRF (Pb, Cu, Zn, Ni, V, Mn, Fe, Ti, Ca, K and Sr), ICP-OES (Na, Mg, Al) and GF-AAS (Cd) for selected trace metals. Comparative measurements concerning the representativeness of the station were performed on the Darss Sill Station (18 samples) and at the Coastal Station Warnemünde (75 samples). Furthermore size separating measurements with PIXE-impactors have been carried out at the Station Arkona.

On the basis of the sampling campaigns in 1995 and analysis of stored filter sampies from the Station Arkona from the period between 1989 and 1991 as well as already available data for 1986/87 (BRÜGMANN, 1989; BRÜGMANN und HENNINGS 1991) the temporal variability of trace metal concentrations was investigated.

In addition to a very high short time variability a characteristic seasonality was observed. The monthly means of the atmospherie concentrations of Pb, Cu, Cd and Zn during the period from October to April were by a factor 3-4 higher than during the period from May to September. The main reasons are the seasonality of the mixing height, of the wind distribution and of anthropogenic emissions.

A decreasing trend was observed for the atmospheric concentrations of Pb, Zn and Cd during the period from 1986-1995. The average decrease was between 50-60 %. For Cu, some terrigenic and sea-spray elements no trend was observed. The decreasing trend for Pb, Zn and Cd - the mainly anthropogenic elements - can be explained by reduced emissions.

Dry deposition fluxes were calculated on the basis of the size distribution and atmospheric concentration data according to the deposition model of SLINN (1980, 1981). Wet deposition fluxes were estimated from atmospheric concentrations using scavenging rations and precipitation measurements. For 1995 the atmospheric input into the Arkonasee with a surface area of 18673 km² was estimated to be 23 t/a for Pb, 27 t/a for Cu, 127 t/a for Zn and 2,2 t/a for Cd. The total deposition is mainly dominated by wet deposition.

The experimental results for the leas concentration-measurements were compared with the EMEP-model of the GKSS. The temporal variability of the concentrations is simulated well by the model, whereas concentration peaks during the winter time are underestimated. A probable reason for that is the seasonality of emissions, which result from enhanced energy consumption during winter and which is not taken into account by the model.
description: Im Zeitraum Januar 1995 bis Februar 1996 wurden an der Küstenstation Arkona 194 Aerosol-Filterproben mit einer zeitlichen Auflösung von 48 Stunden gewonnen und nach einem oxidativen Aufschluß mit Salpetersäure/Flußsäure durch TRFA (Pb, Cu, Zn, Ni, V, Mn, Fe, Ti, Ca, K und Sr), ICP-OES (Na, Mg und Al) sowie GF - AAS (Cd) auf einzelne Spurenmetalle analysiert. Vergleichende Messungen zur Untersuchung der räumlichen Repräsentanz der Station wurden auf dem Darßer Mast (18 sechstägige Proben) sowie an der Station Warnemünde (75 zweitägige Proben) vorgenommen. Weiterhin wurden größenseparierende Messungen mit PIXE-Impaktoren an der Station Arkona durchgeführt.

Ausgehend von den Konzentrationsmessungen des Jahres 1995 und der Analyse archivierter Filterproben von der Station Arkona aus den Jahren 1989 bis 1991 sowie bereits vorliegender Ergebnisse aus dem Jahr 1986/87 (BRÜGMANN, 1989; BRÜGMANN und HENNINGS, 1991) wurde die zeitliche Variabilität der Konzentrationen ausgewählter Spurenmetalle untersucht. Es zeigte sich neben einer sehr hohen kurzzeitigen Variabilität eine deutliche Saisonalität. Die Monatsmittelwerte der atmosphärischen Konzentrationen von Blei, Kupfer, Cadmium und Zink lagen in den Monaten Oktober bis April um einen Faktor 3-4 höher als in den Sommermonaten. Ursachen hierfür sind der saisonale Verlauf der Mischungsschichthöhe, der Windverteilung sowie anthropogener Emissionen.

Ein rückläufiger Trend der atmosphärischen Konzentrationen der Metalle Blei, Zink und Cadmium wurde in dem Zeitraum 1986-1995 festgestellt. Die mittlere Abnahme lag bei diesen Metallen zwischen 50-60 %. Für Cu, einige terrigene sowie aus dem Meersalz freigesetzt Metalle war kein Trend festzustellen. Die rückläufigen Konzentrationen der überwiegend aus anthropogenen Quellen stammenden Metalle Pb, Zn und Cd sind daher auf Emissionsminderungen zurückzuführen.

Unter Verwendung elementspezifischer Größenverteilungen wurden aus den zweitägigen atmosphärischen Konzentrationen Trockendepositionsflüsse berechnet. Hierfür wurde das Depositionsmodell von SLINN (1980, 1981) angewendet. Naßdepositionsflüsse wurden aus den atmosphärischen Konzentrationen unter Verwendung von Auswaschfaktoren und Niederschlagsmessungen bestimmt. Für das Jahr 1995 betrug der atmosphärische Eintrag in die Arkonasee, bezogen auf eine Fläche von 18673 km², für Pb, Cu, Zn und Cd 23 t/a, 27 t/a, 127 t/a und 2,2 t/a. Der Anteil der nassen Deposition
bestimmt hierbei überwiegend die Gesamtdeposition.

Die experimentellen Ergebnisse der Blei-Konzentrationsmessungen sowie der Eintragsabschätzung wurden mit dem EMEP-Modell der GKSS verglichen. Das Modell beschreibt die zeitliche Variabilität der Konzentrationen qualitativ gut, wobei die gemessenen Konzentrationsspitzenwerte in den Wintermonaten jedoch modellseitig unterschätzt werden. Eine wahrscheinliche Ursache hierfür ist die in dem Modell nicht berücksichtigte Saisonalität der Emissionen aus der verstärkten Nutzung fossiler Brennstoffe.